Новости

Из чего состоит жесткий диск компьютера

Из чего состоит жесткий диск компьютера

Жёсткий диск или HDD — устройство хранения данных. До появления твердотельных накопителей (SSD) оно использовалось и для установки системы, и для размещения пользовательских файлов. Несмотря на конкуренцию со стороны более совершенной технологии, HDD продолжает оставаться важным элементом компьютером. Чтобы правильно пользоваться накопителем и продлить его работоспособность, нужно знать, из чего он состоит и как устроен.

Основы конструкции

Состав комплектующих в самых общих чертах раскрывается уже в полном названии — накопитель на жёстких магнитных дисках. Но это в большей степени описание технологии, а мы же начнём с элементарного — физического устройство носителя. Если взять его в руки и покрутить, то можно быстро выделить две части:

  • Плата управления — служит для подключения диска к компьютеру, руководства всеми процессами внутри HDD и синхронизации с операционной системой.
  • Герметичный блок — собранный из алюминия корпус, внутри которого располагаются остальные компоненты жёсткого диска.
Так выглядит стандартный HDD, который можно обнаружить внутри почти любого системного блока
Так выглядит стандартный HDD, который можно обнаружить внутри почти любого системного блока

Это очень общая классификация, которая пока ничего не говорит о том, как же всё работает. Чтобы разобраться в деталях, углубимся в разборку накопителя.

Плата управления

Начнём с изучения платы. В самом центре схемы расположен большой чип — микроконтроллер (MCU). Он состоит из двух компонентов:

  • Центральный вычислительный блок — выполняет все расчёты.
  • Канал чтения и записи — устройство, которое переводит аналоговый сигнал с головки в дискретный и наоборот — из цифрового сигнала в аналоговый.

На микропроцессоре также есть порты ввода/вывода, через которые он управляет остальными элементами в плате и обменивается информацией через интерфейс SATA, используемый для подключения к материнской плате.

Этот микрочип управляет остальным диском
Этот микрочип управляет остальным диском

Второй чип, который мы обнаруживаем на плате, — DDR SDRAM память. От его объёма зависит количество доступного кэша на диске. Чип разделён на память прошивки, которая частично содержится во флеш-накопителе, и буферную память, используемую процессором для загрузки прошивки.

Третий чип — контроллер управления двигателем и головками (VCM controller). Он также отвечает за работу дополнительных источников питания, расположенных на плате. От них получают энергию микропроцессор и предусилитель-коммутатор — элемент из герметичного блока, о котором мы поговорим ниже. VCM controller потребляет больше энергии, чем остальные компоненты, потому что занимается вращением шпинделя и движением головок.

Этот контроллер управляет механическим движением головок
Этот контроллер управляет механическим движением головок

На схеме также есть датчик вибраций, который следит за уровнем тряски. Если интенсивность кажется ему опасной, то он посылает сигнал на контроллер управления двигателями и головками с требованием немедленно припарковать головки или вовсе остановить вращение HDD. Теоретически это должно защитить диск от механических повреждений, но на практике часто приводит к тому, что накопитель выходит из строя. Если его уронить, то датчики начинают реагировать на малейшую вибрацию и блокируют работу носителя.

Защитой HDD также занимается ограничитель переходного напряжения. Его задача — предотвратить выход диска из строя при скачке напряжения. Таких ограничителей на плате может быть несколько.

Благодаря ограничителю напряжения диск защищён от скачков
Благодаря ограничителю напряжения диск защищён от скачков

Устройство простое, но очень функциональное. Каждый элемент выполняет свою задачу и обеспечивает общую связь между всеми компонентами жёсткого диска.

Гермоблок

Гермоблок — это не просто коробка, в которой хранятся магнитные диски. Поверхность этого компонента тоже выполняет крайне важные задачи. Если мы открутим плату управления, то увидим под ней контакты от моторов и головок. Они осуществляют связь с платой. Рядом с ними — почти невидимое техническое отверстие, задача которого — выравнивание давления внутри и снаружи герметичной коробки. Внутренняя часть отверстия покрыта фильтром, который не пропускает влагу и пыль в хранилище магнитных дисков.

У гермоблока очень функциональная поверхность под платой управления
У гермоблока очень функциональная поверхность под платой управления

Крышка герметичного блока с другой стороны представляет собой пласт металла с резиновой прокладкой, которая защищает внутренности от пыли и влаги. Снимаем её и видим магнитные диски — их ещё называют блинами и пластинами.

На этих пластинах хранится информация, которую мы записываем на жёсткий диск
На этих пластинах хранится информация, которую мы записываем на жёсткий диск

Диски обычно делают из стекла или предварительно отполированного алюминия. Пластины покрываются слоями разных веществ, среди которых  ферромагнетик. Именно благодаря ему мы получаем возможность записывать, хранить и считывать данные. Над верхним блином и между остальными пластинами располагаются сепараторы. Они выравнивают воздушные потоки и снижают уровень шума. Разделители обычно изготавливают из пластика или алюминия — последние лучше справляются с понижением температуры внутри герметичной зоны.

Блок магнитных головок

Одно из самых сложных устройств в жёстком диске имеет блок магнитных головок (БМГ). Рассмотрим все элементы, которые он содержит. Начнём с головок чтения записи — они расположены на концах кронштейнов. Когда шпиндель остановлен, головки должны располагаться в препаровочной области — это специально выделенное место, которое задействовано, если вал не работает. На некоторых HDD препаровочные области находятся вне пластин.

Для нормального функционирования накопителя требуется чистый воздух с минимальным содержанием посторонних частиц. Для обеспечения такой атмосферы внутри накопителя устанавливаются циркуляционные фильтры. Они выводят частицы смазки и металла, которые собираются в гермокорпусе в процессе работы HDD. Фильтры стоят на пути воздушных потоков, появляющихся при вращении пластин.

Фильтры безостановочно очищают воздух от микрочастиц
Фильтры безостановочно очищают воздух от микрочастиц

Важная часть жёсткого диска —  неодимовые магниты. Они способны притянуть и удержать вес, который больше их собственного в 1300 раз. В HDD магниты ограничивают движение головок, удерживая их над блинами.

Без этих магнитов на диске нельзя было бы управлять головками
Без этих магнитов на диске нельзя было бы управлять головками

Ещё одна часть блока магнитных головок — катушка. Вместе с магнитами она образует привод, который является частью позиционера — устройства, перемещающего головки. У позиционера есть также фиксатор. Он освобождает блок магнитных головок, как только шпиндель набирает необходимую скорость оборотов. Для освобождения используется также поток воздуха.

Устройство системы, которая держит магнитные головки в препаровочой зоне, пока они не понадобятся
Устройство системы, которая держит магнитные головки в препаровочой зоне, пока они не понадобятся

Под блоком магнитных головок располагается подшипник, который обеспечивает плавность и точность движений. Тут же находится коромысло — деталь из алюминиевого сплава, на конце которой с помощью пружинных подвесок расположены головки. От коромысла в контактную площадку ведёт гибкий кабель — он соединяет механическую часть жёсткого диска с электронной платой.

По этому кабелю проходит соединение электронной и механической частей накопителя
По этому кабелю проходит соединение электронной и механической частей накопителя

Для герметичного сцепления используется прокладка. Благодаря ней воздух попадает внутрь корпуса только через технологическое отверстие, которое выравнивает уровень давления. Контакты покрыты тончайшей позолотой, которая улучшает проводимость.

Типичная сборка кронштейна с магнитными головками на концах
Типичная сборка кронштейна с магнитными головками на концах

На концах коромысел находятся пружинные подвесы. У них есть слайдеры, которые помогают записывать и считывать данные, поднимая головку над пластинами на 5-10 нм. Сами элементы считывания/записи расположены на концах слайдеров. Они настолько маленькие, что разглядеть их можно только через микроскоп. У этих деталей есть аэродинамические головки, под которыми появляется воздушная подушка, поддерживающая параллельный поверхности полёт.

Так при приближении выглядит площадь с элементами записи/чтения
Так при приближении выглядит площадь с элементами записи/чтения

За управление головками также отвечает предусилитель. Он находится в БМГ. Без усилителя сигнал, который производят магнитные головки, просто не доходил бы до интегральной схемы, рассеиваясь по пути.

Снова возвращаемся к усилителю, про который упоминали при изучении платы управления
Снова возвращаемся к усилителю, про который упоминали при изучении платы управления

Микропроцессор отправляет запросы предусилителю, чтобы тот выбрал подходящую головку. От диска к каждой из них идёт несколько дорожек. Они отвечают за чтение и запись, заземление, управление приводами, работу магнитного оборудования, которое управляет слайдером для увеличения точности расположения головок. Одна из дорожек ведет к нагревателю.

Нагреватель передаёт тепло подвеске, соединяющей слайдер с коромыслом. Подвес сделан из материалов, параметры расширения которых меняются в зависимости от температуры. При повышении температуры он изгибается в сторону пластины, уменьшая расстояние от неё до головки. При понижении температуры происходит обратная реакция — головка отодвигается от диска.

Для закрепления пластин используется прижимное кольцо. Сами блины при этом нанизаны на вал. Чтобы между ними оставалось пространство для головок, используются разделители, о которых мы уже говорили выше.

Благодаря прижимному кольцу пластины не двигаются относительно друг друга
Благодаря прижимному кольцу пластины не двигаются относительно друг друга

На дне герметичного блока располагается пространство для выравнивания давления с тем самым почти незаметным отверстием. Здесь же мы обнаруживаем ещё один фильтр, который намного больше, чем циркулярные фильтры. Он может быть покрыт силикатным гелем, собирающим влагу, которой всё-таки удалось пробиться внутрь корпуса.

Под магнитными дисками тоже достаточно полезных компонентов
Под магнитными дисками тоже достаточно полезных компонентов

Как видите, устройство жёсткого диска достаточно сложное и хрупкое. Поэтому он так чувствителен к механическому воздействию. Повреждение датчика вибрации или блока магнитных головок приводит к тому, что записывать и считывать информацию становится нереально. Возможно, именно поэтому HDD повсеместно заменяют на SSD, который предлагает более высокую скорость работы и устойчивость к механическим воздействиям.

Автор материала: Сергей Почекутов

Подписывайтесь на наш канал и ставьте лайки! А еще можете посетить наш официальный сайт.

Сменив в 80-х годах прошлого века накопители на гибких дисках и совсем уж архаичные перфокарты с перфолентами, HDD ("Hard Disk Drive" – "накопитель на жестком диске") надолго стали основным устройством для хранения программ и данных на большинстве компьютеров. Правда, в последнее время они потихоньку сдают позиции:

SSD намного превосходят HDD по скорости, разница в цене с каждым годом все меньше, так что, пожалуй, еще лет 5-10 и жесткие диски уйдут в историю вслед за гибкими дисками и CD-ROM-ами. Но пока еще этого не произошло и существует, как минимум, два весомых повода предпочесть именно HDD:

- они пока еще значительно дешевле: средний SSD в 8-9 раз дороже среднего HDD аналогичной емкости;

- SSD имеет ограниченное число циклов записи – для домашнего компьютера это не так критично, но для многих серверных решений HDD обеспечит большую надежность хранения данных.

Название этот вид накопителей получил благодаря своей конструкции – информация в нем хранится на одном или нескольких жестких дисках с ферромагнитным покрытием. Доступ к данным обеспечивается с помощью магнитных головок, движущихся на небольшом (около 0,1 мк) расстоянии от вращающихся дисков.

HDD выпускаются в двух форм-факторах: 3,5" и 2,5". По сравнению с последним, 3,5" HDD имеют больший максимальный объем и меньшую цену в пересчете на гигабайт объема. Если же низкая цена вам не так важна, как компактность, быстродействие и меньшее энергопотребление, то вам лучше обратить внимание на 2,5" HDD. Существуют жесткие диски других форм-факторов (1,8", например), но они обычно используются в спецтехнике и объем их производства невелик.

Определившись с форм-фактором, не спешите с покупкой – жесткие диски обладают множеством характеристик, определяющих их эффективность в тех или иных условиях использования.

Характеристики жестких дисков

Объем HDD – основной его параметр, оказывающий наибольшее влияние, как на цену устройства, так и на его привлекательность для покупателя. Требования программ к свободному месту на диске постоянно растут, как и объемы видеофайлов и файлов с фотографиями, поэтому желание приобрести накопитель большого объема вполне понятно. С другой стороны, HDD большого объема стоят дороже иного компьютера. Какого же объема диск выбрать?

Как видно из графика, наименьшую цену за гигабайт имеют диски объемом 3-6 ТБ. Прицениваясь к диску объемом 10 ТБ и более, проверьте – не будет ли более выгодной покупка двух дисков меньшего объема? И уж совсем дорогой выходит гигабайт объема при покупке дисков в 1ТБ и менее.

При покупке HDD емкостью более 2 ТБ, убедитесь, что SATA-контроллер материнской платы вашего компьютера поддерживает жесткие диски объемом более 2,2 ТБ, и что у вас установлена операционная система с поддержкой GPT (GUID Partition Table - новый стандарт таблицы разделов жесткого диска, способный адресовать более 2 ТБ). Поддержка GPT реализована в Windows начиная с версии 7, в MAC OS с версии 10.6 и во всех современных дистрибутивах linux. Если какое-то из этих двух условий не выполняется, вы не сможете использовать более 2,2 ТБ вашего нового HDD.

Если же вы хотите, чтобы загрузка также производилась с нового жесткого диска, материнская плата должна иметь UEFI BIOS. Все современные материнские платы поддерживают диски большого размера, затруднения могут возникнуть только с "материнками", выпущенными до 2011 года.

Скорость вращения шпинделя оказывает прямое влияние на скорость чтения и записи данных с жесткого диска. Высокооборотные диски в среднем имеют большую скорость передачи данных, чем низкооборотные, но также они более шумные и потребляют больше энергии.

Однако сравнивать диски разных производителей только по этому параметру не стоит: скорость чтения/записи зависит не только от скорости вращения шпинделя, но и от скорости позиционирования головок, от схемотехники контроллера жесткого диска и т.д. Поэтому, если вам важна скорость доступа к данным, лучше обратить внимание непосредственно на скоростные характеристики.

Максимальная скорость передачи данных представляет собой максимально достижимую на данной модели скорость чтения/записи. Скорость эта достигается только при определенных условиях, в обычной работе такие скорости достигаются только при переписывании нефрагментированных (состоящих из последовательно расположенных на диске блоков) файлов большого объема; обычные скорости будут намного меньше.

Если использование диска предполагает работу с большим количеством мелких файлов, стоит обратить внимание на среднее время доступа и среднее время задержки – чем меньше будут эти параметры, тем быстрее головка диска позиционируется на новый файл и тем быстрее будет работа с мелкими или фрагментированными файлами.

Заполнение диска гелием позволяет уменьшить аэродинамические эффекты, тормозящие вращение дисков и приводящие к вибрации. В результате, гелиевые жесткие диски имеют меньшее энергопотребление и меньшую шумность по сравнению с обычными, заполненными воздухом – это особенно важно для высокооборотных HDD. Также это позволяет уменьшить толщину дисков, что ведет к росту быстродействия и объема (за счет большего количества дисков в HDD).

Однако, такие HDD дороже обычных и очень требовательны к качеству изготовления – при нарушении герметичности гелий быстро «утекает» из корпуса, и не предназначенные для работы в воздушной атмосфере диски быстро приходят в негодность.

Назначение жесткого диска, указанное производителем, может помочь в выборе, но опираться только на него не стоит, поскольку нет четких критериев, по которым можно однозначно определить назначение HDD. Кроме того, иногда указание какого-нибудь назначения является просто маркетинговой уловкой.

Тем не менее, на этот параметр следует обратить внимание, когда режим работы жесткого диска отличается от обычного. Например, если на HDD ведется непрерывная круглосуточная запись (видеосистема) или он работает круглосуточно с сильной загрузкой, постоянно выполняя операции записи и чтения (сервер).

Если диск приобретается для установки в RAID (массив жестких дисков повышенной надежности хранения данных), обратите также внимание на оптимизацию под RAID-массив.

Обычный жесткий диск при попытке чтения со сбойного кластера, повторяет эту попытку несколько раз, пытаясь восстановить данные. HDD типа «RAID Edition» при сбое попытку чтения не повторяет, а сразу сообщает RAID-контроллеру о «сомнительном» кластере – это позволяет избежать падения производительности при появлении сбойных участков на одном из дисков массива.

Поддержка NCQ также может ускорить работу с диском в некоторых случаях – HDD с поддержкой NCQ способен оптимизировать находящуюся в памяти очередь команд к диску. Например, если в очереди находится несколько команд позиционирования/чтения, контроллер жесткого диска упорядочит эту очередь так, чтобы минимизировать перемещение головки.

Объем кэш-памяти. Кэш-память используется для буферизации данных: перед записью на диск данные помещаются в неё, и, если они потребуются компьютеру в ближайшее время, они будут прочитаны не с поверхности диска, а прямо из кэш-памяти, что, разумеется, в разы быстрее. Наличие кэш-памяти значительно ускоряет работу с данными на жестком диске, особенно с часто используемыми - индексами, загрузочными записями, таблицами размещения файлов, и т.д.

Объем кэш-памяти влияет на скорость работы незначительно – минимального для современных жестких дисков объема кэша в 32 МБ вполне достаточно для хранения служебной информации о диске. Впрочем, если использование диска предполагает работу с часто использующимися мелкими файлами (системный диск, диск сервера) то лучше выбрать модель с кэшем побольше – это увеличит вероятность того, что нужный файл окажется в буфере и доступ к нему будет осуществлен в разы быстрее. Если диск используется для хранения файлов большого объема, то размер буфера на производительность особого влияния оказывать не будет.

Гибридный SSHD-накопитель в качестве кэша второго уровня использует твердотельный диск объемом в несколько ГБ. Поскольку скорость чтения данных с SSD намного выше, чем с HDD, это дает прирост производительности, если на диске расположены часто используемые данные. Такие диски можно использовать в качестве системных, на них можно располагать рабочие программы и базы данных – это даст заметный прирост производительности.

Интерфейс. Современные диски для передачи данных используют либо SATA третьего поколения, либо серверный SAS. HDD SATA можно подключать к контроллеру SAS, а наоборот – нет.

Пропускная способность интерфейсов SATA III и SAS различная – первый дает максимум 6 Гбит/с, второй – 12.

На уровень шума во время работы и в простое следует обратить внимание, если диск приобретается для домашнего компьютера или если вы не любите посторонних звуков во время работы. Некоторые диски создают при работе шум уровнем до 36 дБ – это можно сравнить с громкостью спокойного разговора.

То, что жесткие диски «боятся» ударов и вибраций – факт общеизвестный, но несколько преувеличенный – для закрепленных в корпусе компьютера HDD это не настолько важно, как для внешних жестких дисков. Большинство HDD способны без вреда для себя перенести падение на твердую поверхность с высоты 1" (ударостойкость 40G) во время работы и с высоты более метра – в выключенном состоянии. Если же ваш компьютер испытывает в работе более серьезные нагрузки, выбирайте среди моделей с большей ударостойкостью.

Варианты выбора жестких дисков

Если вы хотите приобрести жесткий диск по минимальной цене, имейте в виду, что HDD на 0,5 TБ хоть и стоят дешевле, но при этом гигабайт объема обойдется вам намного дороже, чем на жестком диске большей емкости. Лучше немного доплатить и приобрести диск на 1 ТБ или больше.

Если вы желаете получить максимум объема за минимум денег, выбирайте среди жестких дисков на 3-6 ТБ – в этом диапазоне цена гигабайта объема самая низкая.

Купив HDD большого объема, вы надолго забудете о недостатке места на диске.

Если вы подбираете жесткий диск для сервера или видеосистемы, выбирайте среди моделей с соответствующим назначением.

RAID-массив способен гарантировать сохранение данных даже при полном разрушении одного из входящих в него жестких дисков. Для его создания предназначены HDD с оптимизацией под RAID-массив

При обсуждении компьютеров не редко используются такие термины как жесткий диск, винчестер или HDD. Эти термины обозначают один из основных компонентов современного компьютера, который используется для хранения всех данных пользователя. В данной статье вы узнаете, что такое жесткий диск, почему его называют винчестером, а также как правильно выбрать этот компонент.

Что такое жесткий диск

как выглядит жесткий диск без крышки

Как выглядит жесткий диск без крышки.

Жесткий диск – это устройство для хранения данных, которое работает на основе магнитной записи. В этом устройстве данные записываются на слой ферромагнитного материала, нанесенного на поверхность алюминиевого или стеклянного диска.

В жестком диске используется один или несколько таких дисков, которые зафиксированы на общей оси. В процессе работы устройства эти диски вращаются с большой скоростью (5400 оборотов в минуту или больше), при этом над диском находится магнитная головка, которая считывает и записывает информацию на диск.

Жесткий диск – достаточно чувствительное устройство. В случае возникновения большой перегрузки, например, из-за удара, он может легко выйти из строя. Эта уязвимость особенно актуальна во время работы устройства. Это связано с тем, что при производстве жесткого диска используются минимальные допуски. Например, расстояние между считывающей магнитной головкой и поверхностью диска, который вращается во время работы, составляет всего 10 нанометров.

Сейчас жесткие диски понемногу вытесняются твердотельными накопителями (SSD). В отличие от жестких дисков твердотельные накопители не имеют движущихся частей и благодаря этому значительно надежней, они не так сильно боятся ударов и перегрузок. Кроме этого, твердотельные накопители работают намного быстрее. Это позволяет быстрее включать компьютер и запускать программы.

С другой стороны, стоимость хранения 1 гигабайта данных на SSD-накопителе намного выше. Так, жесткий диск на 1 терабайт сейчас стоит около 50 долларов, в то время как 1 терабайт на SSD стоит не меньше 200 долларов. Поэтому жесткие диски все еще являются основным устройством для долговременного хранения данных, производители настольных компьютеров и ноутбуков продолжают встраивать их в свои устройства.

Но, со временем, стоимость твердотельных накопителей будет снижаться и в какой-то момент они полностью заменят жесткие диски. Сейчас же SSD чаще всего используют в паре с жестким диском. На SSD-накопитель записывают операционную систему и программы, а на жесткий диск пользовательские файлы.

Что такое винчестер

как выглядит жесткий диск

Как выглядит жесткий диск.

У жесткого диска есть несколько альтернативных названий. Например, не редко для его обозначения используется аббревиатура HDD, которая расшифровывается как hard disk drive, что можно перевести как накопитель с жестким диском. Еще одно возможное название – винчестер. Это неофициальное сленговое название, появившееся еще в 70-е годы.

Согласно одной из версий, жесткий диск начали называть винчестером из-за сотрудников компании IBM, которые разрабатывали жесткий диск модели 3340. При создании данного устройства инженеры использовали краткое обозначение «30-30». Данное обозначение указывало на то, что жесткий диск состоял из двух модулей по 30 мегабайт. При этом, оно совпало с названием винтовочного патрона .30-30 Winchester для популярной винтовки Winchester Model 1894. Из-за этого совпадения жесткий диск и начали называть винчестером.

Такое название хорошо прижилось и широко использовалось до конца 90-х годов. Позже, оно начало выходить из употребления. Сейчас в США и Европе жесткий диск больше не называют винчестером, но в странах СНГ это называние все еще используется.

Выбор жесткого диска

Для того чтобы не ошибиться с выбором жесткого диска важно четко понимать, для чего этот диск будет использоваться. Во-первых, нужно определиться с типом жесткого диска. Сейчас существуют внешние и внутренние жесткие диски. Внешние жесткие диски обычно имеют защитный корпус и USB интерфейс, который позволяет подключать этот диск к компьютеру как обычную флешку. Такой тип дисков обычно используют для переноса или резервного копирования данных. Внутренние жесткие диски обычно оснащаются интерфейсом SATA и предназначаются для установки внутрь компьютера.

А во-вторых, нужно выбрать форм-фактор. Современные диски выпускаются в двух вариантах: 2.5 и 3.5 дюйма. 2.5 дюймовые версии устанавливаются в ноутбуки, а 3.5 дюймовые в настольные компьютеры. Внешние жесткие диски также могут быть как на 2.5, так и 3.5 дюйма. Внешние диски на 2.5 дюйма более компактные и не требуют дополнительного питания, в то время как внешние диски на 3.5 дюйма предлагают больший объем за ту же цену.

После того как вы определились с типом и форм-фактором жесткого диска, можно смотреть на объем и другие характеристики. Например, очень важны такие характеристики как скорость вращения шпинделя и объем кэша. Чем они выше, тем быстрее будет работать накопитель. Также важен производитель жестких дисков, сейчас самые качественные модели выпускают компании Western Digital и Seagate.

Жесткий диск (HDD) является одним из базовых элементов любого компьютера. Именно он отвечает за хранение всей информации – от операционной системы до отдельных пользовательских файлов. В последние годы классические жесткие диски вытесняются более надежными, но и более дорогими твердотельными накопителями (SSD), однако они выполняются в том же форм-факторе и служат тем же функциями. Поэтому вся изложенная здесь информация применима к обоим видам хранилищ данных. Мы расскажем, как снять их с компьютера и какие правила при этом нужно соблюдать.

Как снять жесткий диск с компьютера

Как снять жесткий диск с компьютера

О размерах, расположении и интерфейсах

Чтобы снять жесткий диск, нужно знать, как он выглядит, где располагается, к чему и как подключен. Опытные компьютерщики могут пропустить этот раздел, для остальных – небольшая теоретическая база.

Специфика работы жесткого диска требует его защиты от излишних вибраций, а также невозможности свободного перемещения детали в системном блоке компьютера. Поэтому HDD обычно устанавливают в специальный карман, оборудованных двумя направляющими, и фиксируют в нем с помощью болтов или зажимов.

Примечание! Хотя SDD менее требователен к механической стабильности работы, его обычно располагают там же. Карман у большинства системных блоков расположен в передней нижней части.

Место крепежа для жесткого диска

Место крепежа для жесткого диска

Внешне жесткий диск представляет собой прямоугольник со стандартной шириной 2,5 или 3,5 дюйма (70 или 102 мм), соответствующей ширине креплений. Реже встречаются и другие форм-факторы. Стандартные размеры имеют официальные названия: Small Form Factor (SFF) и Large Form Factor (LFF). Толщина может варьироваться в пределах 7-15 мм.

Толщина жестких дисков имеет различия

Толщина жестких дисков имеет различия

Жесткий диск имеет цельнометаллический или полузакрытый металлический корпус, твердотельные накопители поставляются в алюминиевых или пластиковых корпусах. На задней торцевой панели установлены интерфейсы обмена данными. Они бывают двух видов:

  • IDE (ATA) – массово использовался в с 1990-х по 2000-е годы, легко узнаваем благодаря широкому 40-проводному шлейфу с прямоугольным штекером;
  • SATA – современный высокоскоростной интерфейс, намного тоньше своего предшественника и имеет всего семь контактов, скрытых под капюшоном штекера.

Как видно на рисунке, форма четырехконтактного штекера питания у жестких дисков с интерфейсами IDE и SATA тоже отличается.

Отличительные черты штекеров

Отличительные черты штекеров

Шины обмена данными соединяют жесткие диски или твердотельные накопители с материнской платой компьютера. Ну а необходимая для работы комплектующих электроэнергия поступает напрямую от блока питания по стандартной четырехпроводной ветке.

Отключение и снятие накопителей на ПК

Демонтаж жесткого диска может проводится по разным причинам: для диагностики детали, чистки системного блока, замены неисправного или устаревшего диска на новый.

Важно помнить! После снятия HDD или SDD с компьютера все хранившиеся на нем данные будут недоступны, а если на этот накопитель установлена операционная система, то ПК и вовсе не включится до возвращения диска на место.

Работы выполняются в такой последовательности:

  1. Выключите компьютер и выдернете сетевой шнур из блока питания. Дайте системному блоку постоять 10-15 минут. Этого времени будет достаточно, чтобы механические элементы HDD перестали вращаться, нагретые во время работы детали остыли, а конденсаторы отдали остаточный заряд.Выключаем сетевой шнур из блока питания

    Выключаем сетевой шнур из блока питания

  2. Найдите на задней торцевой панели системного блока болты крепления правой боковой крышки и отвинтите их. Чтобы снять крышку, сдвиньте ее назад и потяните на себя. действуйте осторожно, чтобы не повредить провода. Если на крышке расположены какие-либо электронные элементы (вентилятор, кулер, подсветка, управляющие кнопки), слегка приоткройте крышку и выньте штекеры из соответствующих гнезд на материнской плате.Выкручиваем болты крепления

    Выкручиваем болты крепления

  3. Отключите шнур питания, а затем шлейф обмена данными от соответствующих разъемов жесткого диска. Не дергайте провод – это может повредить контакты интерфейса. Обхватите пальцами пластиковый ободок разъема и потяните.Отключаем шнур питания, а затем шлейф обмена данными

    Отключаем шнур питания, а затем шлейф обмена данными

  4. Отвинтите два болта крепления жесткого диска и потяните его на себя. Учтите, что вместо болтов могут быть установлены пружинные или сдвижные зажимы, которые нужно установить в свободное положение.Откручиваем болты крепления жесткого диска

    Откручиваем болты крепления жесткого диска

  5. Извлеките накопитель из кармана. Если он не поддается, снимите левую крышку – иногда деталь закрепляют с двух сторон для более надежной фиксации. В таком случае придется открутить винты или ослабить зажимы и с другой стороны.

На этом демонтаж жесткого диска завершен. Установка выполняется в обратной последовательности.

Отключение и снятие накопителей на ноутбуке

Все стационарные системные блоки устроены почти одинаково. Имеются отличия в размерах, расположении некоторых элементов, типах креплений, но не в базовой конфигурации блока. Поэтому снять жесткий диск с ПК относительно легко. Работать с ноутбуками куда сложнее, ведь каждый производитель в погоне за компактностью разрабатывает свою собственную схему компоновки устройства.

Находим и снимаем жесткий диск на ноутбуке

Находим и снимаем жесткий диск на ноутбуке

Примечание! Прежде всего, внимательно осмотрите нижнюю крышку ноутбука. Она может быть общей или состоять из нескольких частей.

Второй случай предпочтительнее, так как позволяет получить прямой доступ к жесткому диску через специальное окно. В том же случае, когда вся нижняя поверхность гаджета закрыта общей крышкой, придется слегка «заморочиться» с поиском накопителя и освобождением дороги к нему. Рассмотрим общую методику демонтажа HDD или SDD с ноутбука на примере устройства с раздельными крышками.

  1. Выключите ноутбук, отсоедините от него коннектор питания и все прочие шнуры. Закройте ноутбук и переверните нижней крышкой вверх, после чего выньте аккумуляторную батарею (она обычно фиксируется одной или двумя сдвижными защелками). Оставьте гаджет на 10-15 минут.Вынимаем аккумуляторную батарею

    Вынимаем аккумуляторную батарею

  2. Открутите винты, фиксирующие крышку отсека жесткого диска. В случае с общей крышкой на этом этапе открутите все винты. Лучше сразу же убрать их в надежное место – ввиду малых размеров винтов их очень легко потерять.Откручиваем винты, фиксирующие крышку отсека жесткого диска

    Откручиваем винты, фиксирующие крышку отсека жесткого диска

  3. Под крышкой расположена металлическая корзина, внутри которой и размещен дисковый накопитель. Корзина имеет несколько ушек (обычно четыре), которые зафиксированы на раме ноутбука винтами. Открутите их. Помните, что эти винты могут отличаться от винтов крепления крышки размерами и ходом резьбы, поэтому положите их отдельно.Откручиваем винтики

    Откручиваем винтики

  4. Подденьте пластиковый язычок корзины, потяните ее сначала в сторону, чтобы отсоединить жесткий диск от шины обмена данными и разъема питания, а затем – вверх, чтобы извлечь корзину из кармана.Отсоединяем жесткий диск от шины обмена данными и разъема питания

    Отсоединяем жесткий диск от шины обмена данными и разъема питания

  5. Открутите четыре винта крепления диска, расположенные на боковых поверхностях корзины. Они также несовместимы с винтами крышки. Теперь жесткий диск освобожден от всех вспомогательных элементов.Откручиваем четыре винта крепления диска на боковых поверхностях корзины

    Откручиваем четыре винта крепления диска на боковых поверхностях корзины

На этом демонтаж жесткого диска завершен. Установка выполняется в обратной последовательности. Резьбовые соединения, а особенно – крепления крышки, лучше усилить с помощью небольшого количества герметика.

Читайте интересную информацию в новой статье — «Как удалить диск С с компьютера».

Нюансы подключения несовместимых жестких дисков

Порой нужно подключить жесткий диск компьютера к ноутбуку или наоборот. Из-за различий в форм-факторах изделий или типах интерфейсов может возникнуть ряд проблем, которые, однако, решаются очень просто. Следуйте этим советам, и у Вас все получится:

  • для подключения жесткого диска с интерфейсом IDE к материнской плате SATA воспользуйтесь специальным переходником, он же допускает и обратную последовательность подключения детали;Переходник для жесткого диска

    Переходник для жесткого диска

  • для установки жесткого диска стандарта 2,5 в корпус, поддерживающий форм-фактор 3,5 понадобится увеличительный карман, который можно приобрести в любом крупном магазине компьютерных комплектующих;Увеличительный карман для жесткого диска

    Увеличительный карман для жесткого диска

  • любой жесткий диск можно подключить к ноутбуку или ПК с помощью интерфейса USB, если использовать специальный переходник и предусмотреть внешний источник питания (этот совет пригодится в первую очередь тем, кому нужно воспользоваться 3,5-дюймовым накопителем на ноутбуке);Специальный переходник для подключения жесткого диска

    Специальный переходник для подключения жесткого диска

  • если по какой-либо причине у Вас нет возможности надежно зафиксировать жесткий диск в корпусе устройства, обеспечьте ему максимальную защиту от вибраций и механических ударов, например, уложите в свободную нишу системного блока мягкую подкладку, а по краям зафиксируйте деталь картонными распорками (однако не забывайте, что жесткий диск нагревается во время работы и требует наличия достаточного теплообмена с окружающей средой через поверхность корпуса), помните также о том, что провода и шлейфы не должны быть чрезмерно натянуты;Надёжно фиксируем жесткий диск в корпусе устройства

    Надёжно фиксируем жесткий диск в корпусе устройства

  • в системных блоках или серверах с несколькими жесткими дисками, расположенными близко друг к другу, необходимо интенсивное воздушное охлаждение всей внутренней поверхности корпуса, иначе неизбежен перегрев накопителей; кроме того, существуют карманы для HDD с принудительным охлаждением.Воздушное охлаждение для жесткого диска

    Воздушное охлаждение для жесткого диска

Снять жесткий диск, заменить его или установить дополнительный накопитель сложно только на первый взгляд. Точно следуйте изложенным здесь инструкциям, будьте внимательны и осторожны, и у Вас обязательно все получится!

Видео — Как снять жесткий диск с компьютера

Понравилась статья? Сохраните, чтобы не потерять!

Чтобы ничего не потерять, я храню файлы на разных жестких дисках.

Дмитрий Кузьмин

хранит информацию сразу на пяти жестких дисках

Один нужен, чтобы «Виндоус» загружалась за несколько секунд. Второй чуть медленнее, но объемнее — на нем я храню фильмы и архив музыки. Третий диск только для работы. И еще два внешних диска, на которых я храню то, что не влезло на остальные.

Такое разделение удобно: если сломается операционная система, не придется восстанавливать рабочие файлы, ведь они хранятся на другом физическом диске.

Что мы называем жестким диском

«Жесткий диск» — это устройство, на котором мы храним файлы и программы. Раньше был только один тип таких устройств — HDD. Потом добавились твердотельные накопители — SSD, но многие по привычке и их называют жесткими дисками. В этой статье я рассказываю обо всех основных типах устройств для хранения данных.

Расскажу, как выбрать жесткий диск без советов продавцов и так, чтобы ничего не перепутать.

HDD или SSD

Это два разных типа накопителей. Вот чем они отличаются.

HDD (hard disk drive — «жесткий диск»). Принцип работы основан на магнитной записи. Внутри корпуса размещаются диски из особой смеси металла и стекла с напылением сверху. На верхний слой записывается информация — по сути, тем же способом, что и на виниловых пластинках. Технология энергонезависимая: информация остается на диске и без подключения электричества.

У HDD есть большой минус — хрупкость. Достаточно небольшого удара, и диски сдвинутся с места, напыление повредится, и данные потеряются. Поэтому HDD или используют внутри системного блока или ноутбука, или помещают в специальный корпус и обращаются супернежно. Зато есть небольшая возможность восстановить данные даже с частично неисправного диска.

Так работает HDD-накопитель

SSD (solid-state drive — «твердотельный накопитель»). Такой диск состоит из контроллера и набора микросхем, на которых хранится информация.

Мельчайшие элементы внутри микросхем принимают значение «1» либо «0». Дальше процессор считывает эти значения и преобразует их в привычные нам файлы: документы, картинки, видео. SSD можно сравнить с продвинутой и объемной флешкой.

Из минусов SDD обычно называют цену и емкость: в продаже сложно найти SDD с объемом больше 2 Тб. И стоят такие диски обычно дороже, чем HDD.

Так работает SSD-накопитель

SSHD (solid-state hybrid drive — «гибридный жесткий диск»). Это устройство, в котором данные хранятся и на дисках, и во флеш-памяти.

Такие устройства повышают производительность компьютера за счет особой архитектуры: они записывают на SSD-часть диска информацию, которая нужна для загрузки операционной системы. Во время следующего включения компьютера система начнет работать быстрее, потому что ее данные расположены на быстрой части диска.

Моментами такие устройства работают быстрее, но по сути остаются теми же HDD со всеми их недостатками.

Внешне гибриды выглядят как обычные HDD

Например:💾 Жесткий диск HDD на 1 Тб — Seagate за 4036 Р💾 Твердотельный накопитель SSD на 500 Гб — Samsung за 5299 Р💾 Гибридный жесткий диск SSHD на 2 Тб — Seagate за 10 490 Р

Внешний или внутренний диск

Накопители можно устанавливать внутрь компьютера или ноутбука или просто носить с собой как флешку.

Внутренние жесткие диски помещаются внутрь системного блока или ноутбука. Здесь важен форм-фактор — то, какого размера и формы будет жесткий диск. Его указывают обычно в дюймах.

Например, если купить для обычного системного блока жесткий диск шириной 2,5 дюйма, придется думать, куда его положить: стандартные крепления рассчитаны на диски 3,5 дюйма. В ноутбуках обычно используют форм-фактор 2,5 — большей ширины диск вы туда просто не засунете.

Некоторые производители измеряют диски не в дюймах, а в миллиметрах. Пишут так: 2242, 2262 или 2280 мм. Первые две цифры означают длину диска, последние две — ширину. Такие форм-факторы используют для SSD.

Прежде чем выбирать внутренний жесткий диск, проверьте, какой нужен форм-фактор, в инструкции к компьютеру или ноутбуку. Или просто посмотрите на характеристики уже имеющегося жесткого диска.

Чтобы подключить внутренний диск, нужно выключить компьютер или ноутбук, снять крышку, найти нужные разъемы для обмена данными и питания, подсоединить устройство.

Любой внутренний HDD будет выглядеть как металлическая тяжелая коробочка

Например:💾 Внутренний HDD для системного блока с форм-фактором 3,5 — Seagate за 3669 Р💾 Внутренний HDD для ноутбука с форм-фактором 2,5 — Toshiba за 3904 Р💾 Внутренний SSD с форм-фактором 2280 — A-DATA за 11 990 Р

Внешние жесткие диски можно носить с собой, поэтому от форм-фактора зависит только удобство. Я спокойно пользуюсь большим диском на 2,5 дюйма, а кто-то предпочитает миниатюрные на 1,8 дюйма.

Внешние диски чаще всего используют USB-разъемы, поэтому для их подключения нужно просто вставить провод в нужное гнездо — как флешку.

Внешний диск от Toshiba чуть меньше обычной ручки. Я переношу такой просто в заднем кармане брюк

Например:💾 Внешний HDD с форм-фактором 2,5 — Toshiba за 3799 Р💾 Внешний SSD с форм-фактором 2,5 — Samsung за 7599 Р

Интерфейсы

Этим термином обозначают то, каким образом подключается накопитель к компьютеру, — это и физический разъем, и программный метод передачи данных. Современных несколько.

Интерфейс SATA — основной стандарт для подключения жестких дисков. Есть три поколения таких разъемов, различаются они в основном пропускной скоростью:

  1. SATA 1: 1,5 гигабита в секунду. В идеальных условиях фильм весом 8 Гб скачается почти за минуту.
  2. SATA 2: 3 гигабита в секунду. На фильм должно хватить 30 секунд.
  3. SATA 3: 6 гигабит в секунду. Фильм скачивается за 10 секунд.

Производитель указывает максимальную пропускную скорость именно интерфейса: на то, с какой скоростью файлы будут записываться в реальности, влияют сотни факторов — от износа диска до особенностей файлов.

Поэтому для получения реальных данных максимальный показатель скорости нужно делить на 3—5. То есть на высокоскоростном SATA 3 фильм будет скачиваться не 10 секунд, а около минуты. На SATA 1 стоит рассчитывать на несколько минут.

Новые устройства выпускают в основном на базе SATA 3.

PCI-E — этот интерфейс используют в основном для подключения твердотельных дисков — SSD. На базе PCI-E создано несколько разъемов, например M2.

Разъем SATA 3 на обычном HDD
Разъем M2, сделанный на основе PCI-E

USB — этот интерфейс используют для подключения внешних дисков. Вот популярные версии.

  1. USB 2 — довольно медленный, но распространенный формат для HDD и флешкарт. Максимальная скорость — до 60 мегабайт в секунду. В реальности такие HDD записывают порядка 1—10 мегабайтов в секунду, то есть фильм весом в 8 Гб будет скачиваться около 10 минут.
  2. USB 3.0 — современный стандарт с высокой скоростью, пропускная способность до 4,8 гигабит в секунду. Если смотреть на тесты, то жесткий диск через USB 3.0 может записывать со скоростью 1—15 мегабайт в секунду. Кино скачается за 1—3 минуты.
  3. USB 3.2 Type C — спецификация USB с еще большей скоростью. Пропускная способность до 10 гигабит, в реальности же такой диск может выдавать до нескольких десятков мегабайт в секунду. Кино получится записать буквально за минуту.

Подходящие интерфейсы должны быть не только в жестком диске, но и в самом устройстве, к которому вы будете подключать диск. Поэтому перед покупкой внутреннего жесткого диска проверьте наличие необходимых интерфейсов на материнской плате. Это можно сделать в бесплатной программе HWiNFO в разделе Motherboard.

Если покупаете внешний диск, учитывайте обратную совместимость: вы сможете использовать диск USB 3.0 в старом разъеме USB 2, только скорость будет минимальной. Поэтому покупать дорогой внешний SSD для обычного ноутбука смысла нет.

Например:💾 HDD на SATA 2 — Toshiba за 3090 Р💾 HDD на SATA 3 — Western за 4144 Р💾 SSD на PCI-E, M2 — WD Black за 7399 Р💾 HDD на USB 3.0 — Seagate за 4190 Р

Как грамотно потратить и сэкономить

Рассказываем в нашей рассылке дважды в неделю. Подпишитесь, чтобы совладать с бюджетом

Скорость передачи данных

Хотя некоторые производители указывают скорость передачи данных, это в любом случае относительный, условный показатель. На скорость чтения и записи влияют десятки параметров — от внутренних вроде скорости вращения дисков и особенности конструкции до внешних: интерфейсов подключения, других устройств, материнской платы и прочего.

Если вы планируете купить HDD, то можно ориентироваться на скорость вращения шпинделя — это ось, которая крутит те самые пластинки:

  1. 5400 оборотов в минуту — медленнее, меньше шума, меньше тепловыделения, а значит, надежнее;
  2. 7200 оборотов в минуту — быстрее, больше шума, чуть меньше надежности.

Лучше же ориентироваться на разные характеристики в зависимости от потребностей.

Если нужен внутренний жесткий диск для операционной системы — выбирайте SSD или HDD на 7200 об/мин. Так компьютер будет загружаться и работать быстрее.

Для хранилища данных подойдет HDD на 5400 об/мин. Работает тихо, надежно.

В качестве внешнего жесткого диска удобен HDD с интерфейсом USB 3.0. Такой интерфейс будет у большинства ноутбуков, компьютеров и даже телевизоров.

Например:💾 SSD на 500 Гб — Samsung за 5299 Р💾 HDD на 4 Тб — Western за 8714 Р💾 Внешний HDD на 2 Тб — Seagate за 4190 Р

Объем памяти

У HDD-дисков в основном объем памяти от 500 Гб до 10 Тб, у SSD-накопителей — от 128 Гб до 2 Тб. Сколько именно вам нужно памяти, зависит от задач, но есть несколько особенностей:

  1. Цены на HDD с объемом до 2 Тб будут практически одинаковыми: нет смысла экономить и покупать диск на 500 Гб, если за ту же сумму можно купить 2 Тб.
  2. У дисков с объемом памяти 4 Тб и выше ценник растет пропорционально: проще купить пять дисков по 2 Тб, чем один диск на 10 Тб.

Например:💾 HDD на 500 Гб — Western за 4090 Р💾 HDD на 2 Тб — Seagate за 4879 Р💾 SSD на 250 Гб — Samsung за 3760 Р💾 SSD на 1 Тб — Samsung за 10 494 Р

На что обратить внимание при выборе жесткого диска

  1. Решите, для чего вам нужен жесткий диск: чтобы быстро загружался компьютер или чтобы хранить коллекцию файлов.
  2. Когда выбираете внутренний жесткий диск, обязательно проверьте наличие нужных разъемов в материнской плате.
  3. Если нужен внешний диск, не переплачивайте за новомодные интерфейсы: все равно они не будут работать, если в вашем ноутбуке старый USB 3.0.
  4. Памяти бывает много — подумайте, действительно ли вам нужен огромный диск на 4 Тб. Скорее всего, быстрого SSD на 500 Гб и хранилища на 1 Тб будет достаточно.
image

Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, это не новое супергеройское трио из вселенной Marvel. Речь идёт о хранении наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно где-то их хранить, надёжно и стабильно, чтобы мы могли иметь к ним доступ и изменять за мгновение ока. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о жёстких дисках!

Итак, давайте погрузимся в изучении анатомии устройств, которые мы сегодня используем для хранения миллиардов битов данных.

You spin me right round, baby

Механический накопитель на жёстких дисках (hard disk drive, HDD) был стандартом систем хранения для компьютеров по всему миру в течение более 30 лет, но лежащие в его основе технологии намного старше.

Первый коммерческий HDD компания IBM выпустила в 1956 году

, его ёмкость составляла аж 3,75 МБ. И в целом, за все эти годы общая структура накопителя не сильно изменилась. В нём по-прежнему есть диски, которые используют для хранения данных намагниченность, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Изменился же, и очень сильно, объём данных, который можно на них хранить.

В 1987 году можно было купить HDD на 20 МБ

примерно за 350 долларов; сегодня за такие же деньги

можно купить 14 ТБ: в 700 000 раз больший объём.

Мы рассмотрим устройство не совсем такого размера, но тоже достойное по современным меркам: 3,5-дюймовый HDD Seagate Barracuda 3 TB, в частности, модель ST3000DM001

, печально известную своим высоким процентом сбоев

и вызванных этим юридических процессов

. Изучаемый нами накопитель уже мёртв, поэтому это будет больше похоже на аутопсию, чем на урок анатомии.

Основную массу жёсткого диска составляет литой металл. Силы внутри устройства при активном использовании могут быть довольно серьёзными, поэтому толстый металл препятствует изгибанию и вибрациям корпуса. Даже в крошечных 1,8-дюймовых HDD в качестве материала корпуса используются металл, однако обычно они делаются не из стали, а из алюминия, потому что должны быть как можно более лёгкими.

Перевернув накопитель, мы видим печатную плату и несколько разъёмов. Разъём в верхней части платы используется для двигателя, вращающего диски, а нижние три (слева направо) — это контакты под перемычки, позволяющие настраивать накопитель под определённые конфигурации, разъём данных SATA (Serial ATA) и разъём питания SATA.

Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных компьютерах это стандартная система, используемая для подключения приводов к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество ревизий, и сейчас мы пользуемся версией 3.4. Наш труп жёсткого диска имеет более старую версию, но различие заключается только в одном контакте в разъёме питания.

В подключениях передачи данных для приёма и получения данных используется дифференцированный сигнал

: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных в жёсткий диск, а контакты B — для получения этих сигналов. Подобное использование спаренных проводников значительно снижает влияние на сигнал электрического шума, то есть устройство может работать быстрее.

Если говорить о питании, то мы видим, что в разъёме есть по паре контактов каждого напряжения (+3.3, +5 и +12V); однако большинство из них не используется, потому что HDD не требуется много питания. Эта конкретная модель Seagate при активной нагрузке использует менее 10 Вт. Контакты, помеченные как PC, используются для precharge: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (это называется горячей заменой (hot swapping)).

Контакт с меткой PWDIS позволяет удалённо перезагружать (remote reset)

жёсткий диск, но эта функция поддерживается только с версии SATA 3.3, поэтому в моём диске это просто ещё одна линия питания +3.3V. А последний контакт, помеченный как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жёсткий диск технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.

Перед тем, как компьютер сможет их использовать, диски внутри устройства (которые мы скоро увидим), должны раскрутиться до полной скорости. Но если в машине установлено много жёстких дисков, то внезапный одновременный запрос питания может навредить системе. Постепенная раскрутка шпинделей полностью устраняет возможность таких проблем, но при этом перед получением полного доступа к HDD придётся подождать несколько секунд.

Сняв печатную плату, можно увидеть, как она соединяется с компонентами внутри устройства. HDD не герметичны, за исключением устройств с очень большими ёмкостями — в них вместо воздуха используется гелий, потому что он намного менее плотный и создаёт меньше проблем в накопителях с большим количеством дисков. С другой стороны, не стоит и подвергать обычные накопители открытому воздействию окружающей среды.

Благодаря использованию таких разъёмов минимизируется количество входных точек, через которые внутрь накопителя могут попасть грязь и пыль; в металлическом корпусе есть отверстие (большая белая точка в левом нижнем углу изображения), позволяющее сохранять внутри давление окружающей среды.

Теперь, когда печатная плата снята, давайте посмотрим, что находится внутри. Тут есть четыре основных чипа:

  • LSI B64002: чип основного контроллера, обрабатывающий инструкции, передающий потоки данных внутрь и наружу, корректирующий ошибки и т.п.
  • Samsung K4T51163QJ: 64 МБ DDR2 SDRAM с тактовой частотой 800 МГц, используемые для кэширования данных
  • Smooth MCKXL: управляет двигателем, крутящим диски
  • Winbond 25Q40BWS05: 500 КБ последовательной флеш-памяти, используемой для хранения встроенного ПО накопителя (немного похожего на BIOS компьютера)

Компоненты печатной платы различных HDD могут отличаться. Для больших объёмов требуется больше кэша (в самых современных монстрах может быть до 256 МБ DDR3), а чип основного контроллера может быть чуть более изощрённым в обработке ошибок, но в целом различия не так велики.

Открыть накопитель просто, достаточно открутить несколько болтов Torx и вуаля! Мы внутри…

Учитывая, что он занимает основную часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг; несложно понять, почему накопители называются дисковыми. Правильно их называть пластинами; они изготавливаются из стекла или алюминия и покрываются несколькими слоями различных материалов. Этот накопитель на 3 ТБ имеет три пластины, то есть на каждой стороне одной пластины должно храниться 500 ГБ.

Изображение довольно пыльное, такие грязные пластины не соответствуют точности проектирования и производства, необходимого для их изготовления. В нашем примере HDD сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но отполирован до такой степени, что средняя высота отклонений на поверхности меньше 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).

Базовый слой имеет глубину всего 0,0004 дюйма (10 микронов) и состоит из нескольких слоёв материалов, нанесённых на металл. Нанесение выполняется при помощи химического никелирования

с последующим вакуумным напылением

, подготавливающих диск для основных магнитных материалов, используемых для хранения цифровых данных.

Этот материал обычно является сложным кобальтовым сплавом и составлен из концентрических кругов, каждый из которых примерно 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 нм) в глубину. На микроуровне сплавы металлов образуют зёрна, похожие на мыльные пузыри на поверхности воды.

Каждое зерно обладает собственным магнитным полем, но его можно преобразовать в заданном направлении. Группирование таких полей приводит к возникновению битов данных (0 и 1). Если вы хотите подробнее узнать об этой теме, то прочитайте этот документ

Йельского университета. Последними покрытиями становятся слой углерода для защиты, а потом полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина составляет не больше 0,0000005 дюйма (12 нм).

Скоро мы увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими строгими допусками, но всё-таки удивительно осознавать, что всего за 15 долларов

можно стать гордым владельцем устройства, изготовленного с нанометровой точностью!

Однако давайте снова вернёмся к самому HDD и посмотрим, что же в нём есть ещё.

Жёлтым цветом показана металлическая крышка, надёжно крепящая пластину к электродвигателю привода шпинделя — электроприводу, вращающему диски. В этом HDD они вращаются с частотой 7200 rpm (оборотов/мин), но в других моделях могут работать медленнее. Медленные накопители имеют пониженный шум и энергопотребление, но и меньшую скорость, а более быстрые накопители могут достигать скорости 15 000 rpm.

Чтобы снизить урон, наносимый пылью и влагой воздуха, используется фильтр рециркуляции (зелёный квадрат), собирающий мелкие частицы и удерживающий их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Над дисками и рядом с фильтром есть один из трёх разделителей пластин: помогающих снижать вибрации и поддерживать как можно более равномерный поток воздуха.

В левой верхней части изображения синим квадратом указан один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, указанного красным цветом. Давайте отделим эти детали, чтобы видеть их лучше.

То, что выглядит как белый пластырь — это ещё один фильтр, только он очищает частицы и газы, попадающие снаружи через отверстие, которое мы видели выше. Металлические шипы — это рычаги перемещения головок, на которых находятся головки чтения-записи жёсткого диска. Они с огромной скоростью движутся по поверхности пластин (верхней и нижней).

Посмотрите это видео, созданное The Slow Mo Guys

, чтобы увидеть, насколько они быстрые:

В конструкции не используется чего-то вроде шагового электродвигателя

; для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.

Обобщённо их называют звуковыми катушками, потому что они используют тот же принцип, который применяется в динамиках и микрофонах для перемещения мембран. Ток генерирует вокруг них магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное стержневыми постоянными магнитами.

Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть чрезвычайно точным, как и всё остальное в накопителе. У некоторых жёстких дисков есть многоступенчатые рычаги, которые вносят небольшие изменения в направление только одной части целого рычага.

В некоторых жёстких дисках дорожки данных накладываются друг на друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording), и её требования к точности и позиционированию (то есть к попаданию постоянно в одну точку) ещё строже.

На самом конце рычагов есть очень чувствительные головки чтения-записи. В нашем HDD содержится 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головки подвешены на сверхтонких полосках металла.

И здесь мы можем увидеть, почему умер наш анатомический образец — по крайней мере одна из головок разболталась, и что бы ни вызвало изначальный повреждение, оно также погнуло один из рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что, как видно ниже, очень сложно получить её качественный снимок обычной камерой.

Однако мы можем разобрать отдельные части. Серый блок — это специально изготовленная деталь под названием «слайдер»: когда диск вращается под ним, поток воздуха создаёт подъёмную силу, поднимая головку от поверхности. И когда мы говорим «поднимает», то имеем в виду зазор шириной всего 0,0000002 дюйма или меньше 5 нм.

Чуть дальше, и головки не смогут распознавать изменения магнитных полей дорожки; если бы головки лежали на поверхности, то просто поцарапали бы покрытие. Именно поэтому нужно фильтровать воздух внутри корпуса накопителя: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.

Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает с общей аэродинамикой. Однако чтобы увидеть части, выполняющие чтение и запись, нам нужна фотография получше.

На этом изображении другого жёсткого диска устройства чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись выполняется системой тонкоплёночной индуктивности (thin film induction, TFI), а чтение — туннельным магнеторезистивным устройством (tunneling magnetoresistive device, TMR).

Создаваемые TMR сигналы очень слабы и перед отправкой должны проходить через усилитель для повышения уровней. Отвечающий за это чип находится рядом с основанием рычагов на изображении ниже.

Как сказано во введении к статье, механические компоненты и принцип работы жёсткого диска почти не изменились за многие годы. Больше всего совершенствовалась технология магнитных дорожек и головок чтения-записи, создавая всё более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводило к увеличению объёма хранимой информации.

Однако механические жёсткие диски имеют очевидные ограничения скорости. На перемещение рычагов в нужное положение требуется время, а если данные разбросаны по разным дорожкам на различных пластинах, то на поиски битов накопитель будет тратить довольно много микросекунд.

Прежде чем переходить к другому типу накопителей, давайте укажем ориентировочные показатели скорости типичного HDD. Мы использовали бенчмарк CrystalDiskMark

для оценки жёсткого диска WD 3.5" 5400 RPM 2 TB

:

В первых двух строчках указано количество МБ в секунду при выполнении последовательных (длинный, непрерывный список) и случайных (переходы по всему накопителю) чтения и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке показана средняя задержка (время в микросекундах) между передачей операции чтения или записи и получением значений данных.

В общем случае мы стремимся к тому, чтобы значения в первых трёх строчках были как можно больше, а в последней строчке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих числах, мы просто используем их для сравнения, когда будем рассматривать другой тип накопителя: твердотельный накопитель.


Добавить комментарий