Разновидности жестких дисков для компьютеров

В первых жестких дисках на каждой дорожке располагалось одинаковое количество кластеров. Такая схема была более простой, но менее рациональной, поскольку большое количество свободного места просто не использовалось (длина внешних дорожек значительно больше длины внутренних дорожек). На современных жестких дисках каждая дорожка разбита на разное количество кластеров, в зависимости от длины дорожки. Именно поэтому скорость передачи данных с внешней дорожки диска значительно быстрее скорости передачи информации с внутренних дорожек.

Причина в том, что скорость вращения внешней дорожки значительно выше, чем внутренней, и на внешней дорожке помещается больше информации. В отдельных жестких дисках присутствуют даже буферы данных (data buffers), которые представляют собой небольшие модули оперативной памяти, которые помогают поддерживать канал передачи данных постоянно заполненным. С помощью такого буфера компенсируется разница в скорости передачи данных разными устройствами.

Последовательное подключение

Интерфейс Serial АТА является еще одним шагом от параллельного подключения к последовательному соединению с высокой скоростью передачи данных. Сначала автор расскажет о том, что так восхищает всех специалистов. А затем автор расскажет о том, что это значит для пользователя ноутбука, поскольку эти знания позволят ему сделать правильный выбор при покупке, когда придет время модернизации жесткого диска. В течение многих лет основным интерфейсом для подключения жестких дисков к персональному компьютеру являлся параллельный интерфейс АТА (AT Attachment for Disk Drives — интерфейс для подключения дисковых накопителей к компьютерам PC AT). В сравнительно небольшом количестве жестких дисков (преимущественно для дисков, используемых в области и или в качестве серверов) использовался высокоскоростной интерфейс SCSI (Sma Computer System Interface — интерфейс для малых компьютерных систем). Одним из недостатков использования интерфейса АТА является использование 40- или 80-проводных ленточных шлейфов с 40-контактным разъемом для подключения жесткого диска к материнской плате.

Другая проблема заключалась в том, что 26 проводов шлейфа должны были передавать сигналы напряжением 5 В. Первым преимуществом интерфейса Serial ATA (или SATA) является использование 4-проводных тонких кабелей, которые больше похожи на телефонные шнуры. Для первых интерфейсов SATA требуется сигнал всего в 500 милливольт (0,5 В), а в следующих его модификациях планируется использовать еще более низкое значение — всего 250 милливольт (0,25 В). Пользователю ноутбука вряд ли придется укладывать шлейфы в корпусе ноутбука, заботясь о том, чтобы циркуляция воздуха в корпусе не нарушилась. В случае ее нарушения охлаждение устройств ноутбука значительно ухудшится, и эта проблема заботит не только тех, кто занимается сборкой или модернизацией ноутбуков, но и специалистов по классическим настольным компьютерам.

Главными преимуществами использования SATA материнских плат заключается простоте подключения устройств, уменьшении энергопотребления и увеличении скорости передачи данных. В первых подобных устройствах пропускную способность удалось увеличить незначительно — всего от 1 до 5 — по сравнению с интерфейсом АТА, но в будущем этот параметр планируется увеличить вдвое или даже втрое и довести его до 300 Мбайт/с и 1600 Мбайт/с.

Интерфейс Serial АТА является интерфейсом точка-точка. Это означает, что каждое устройство напрямую подключается к материнской плате, что обеспечивает максимальную пропускную способность при передаче данных от этих устройств к материнской плате и в обратном, направлении. В параллельном интерфейсе АТА при подключении двух устройств к материнской плате одно из них назначается главным (master), а второе подчиненным (slave). При этом вполне реальна ситуация, при которой для одновременной передачи данных с двух разных жестких дисков на материнскую плату приходится использовать один канал. Помимо всего прочего, SATA обеспечивает типичную для современных последовательных интерфейсов возможность горячего (hot pluggable) подключения устройств (таких, как устройства USB и некоторые съемные платы). Другими словами, устройства можно подключать, отключать от ноутбука, не выключая компьютер (ноутбук будет продолжать работать). Исходно некорректные для этого интерфейса термины главный (master) и подчиненный (slave) также используются, но в несколько другом смысле.

В этом случае имеется в виду приоритет одних устройств перед другими, в случаях, когда они одновременно будут требовать внимания процессора. Чтобы подытожить вышесказанное, нужно отметить, что пользователям ноутбуков интерфейс Serial АТА еще недоступен. Но когда это случится, то нужно различать подключаемые жесткие диски (или приводы компакт-дисков и DVD), которые предусматривают использование параллельного интерфейса подключения к материнской плате, и те диски и приводы, которым необходимо последовательное подключение. Приготовьтесь услышать плохую новость — ваш жесткий диск однажды выйдет из строя. Автор не знает как, когда и где это случится. Но это факт, что рано или поздно естественное старение, перегрев, физическое воздействие или законы физики приведут к тому, что жесткий диск перестанет функционировать. Почему же автор так уверен в том, что привод жесткого диска компьютера не вечен? Все дело в том, что он является механическим устройством. Внутри устройства находится моторчик, вращающий диски. Кроме этого в устройство встроен и позиционер, перемещающий головки записи/чтения, а также плата электроники, которой приходится функционировать в герметически запакованном корпусе. Добавьте к этому факт, что ноутбук довольно часто перемещается при работающем жестком диске — и все, что вам останется, так это томительное ожидание того самого неподходящего места и времени, когда жесткий диск компьютера откажет в работе. Но все же приободритесь. Современные жесткие диски очень выносливы. При определенном везении жесткий диск может проработать без сбоев многие годы и, возможно, даже будет работать, когда моральный и физический износ настигнет сам ноутбук. Но нужно организовать свою работу так, будто каждый раз, когда вы выключаете свой ноутбук, является последним. Всегда сохраняйте резервные копии всех важных данных. Если вам повезет, то незадолго до того, как жесткий диск выйдет из строя, вам посчастливится получить несколько явных предупреждений о предстоящем отказе. Среди таких предупреждений можно перечислить следующие:

1. Случаи, когда жесткий диск не запускается при первой подаче энергии, но запускается после повторной загрузки.

2. Предупреждения операционной системы или BIOS о невозможности установить контакт с жестким диском.

3. Предупредительный сигнал от специализированной утилиты, следящей за работой жесткого диска.

4. Регулярное (или нерегулярное) увеличение поврежденных секторов на жестком диске, выявляемых утилитами.

В результате в случае серьезного отказа автор потеряет всего день или два, которые уйдут на ремонт и восстановление данных. При стоимости компакт-дисков от 10 центов до 25 центов эти носители информации делают процесс архивирования важных данных максимально дешевым. Автор уже рассказывал, как данные сохраняются на концентрических окружностях жесткого диска, называемых дорожками. Затем радиальными направляющим, исходящими от центра и направленными к внешнему краю диска, дорожки разбиваются на секторы. Теперь перейдем к третьему измерению. В каждом приводе жестких дисков размещается по крайней мере один двухсторонний диск. А в некоторых приводах таких дисков может быть значительно больше. Совокупность дорожек, расположенных друг над другом на всех дисках привода называется цилиндром. Автор настолько углубился в технические подробности структуры данных на жестком диске, поскольку это необходимо для понимания работы компьютера.

При выходе из стерильной комнаты, в которой приводы жестких дисков собираются, они укомплектованы всеми необходимыми составляющими. Но внутренний диск (или диски) привода еще похож на чистый лист бумаги . Компьютер не знает, как считать информацию с такого диска. Он представляет собой карту, без каких-либо обозначений. На поверхности дисков предстоит создать последовательность кругов, линий, цилиндров и создать указатели, с помощью которых компьютер будет знать, что и где находится (а также получать и другую информацию, помогающую ответить также на вопросы когда и как). Этот процесс называется форматированием и включает в себя три этапа.

Низкоуровневое форматирование

Как правило, низкоуровневое форматирование выполняется производителем. На этом этапе на диски наносятся магнитные метки, размечающие диск на дорожки и разбивающие дорожки на секторы с кодами, определяющими начало и конец каждого сектора. На внешних более длинных дорожках размещается больше секторов, а на внутренних, более коротких дорожках — меньшее количество секторов.

Создание разделов

Создание разделов (partitioning) дисков выполняется производителем ноутбука или пользователем в случае замены жесткого диска или установки дополнительного жесткого диска. Все свободное пространство диска разбивается на разделы, распознаваемые операционной системой. Прежде всего создается главная загрузочная запись (master boot record), которая также называется загрузочным сектором, или просто MBR. Эта запись содержит основные индексы, определяющие местоположение главных инструкций, которые используются системой сразу после включения компьютера. После загрузки, при наличии MBR, система лучше справляется с хранением и поиском файлов. Запись MBR всегда находится по адресу цилиндр 0, головка 0, сектор 1.

Удивите своих друзей.

Термин загрузка (boot) происходит от старой фразы «lifting yourself up by your own bootstraps», которая дословно переводится как поднять себя за ремешок собственного ботинка (что с точки зрения физики невозможно), и означает возможность самосовершенствоваться, развиваться без посторонней помощи. После этого диск может распознаваться системой как единый физический диск (который обычно называется диском С, поскольку в первых персональных компьютерах дисками А и В назывались приводы гибких дисков) либо может быть разделен на несколько логических дисков.

Многие пользователи предпочитают разбивать один жесткий диск на несколько логических дисков. В этом случае:

-диск С можно использовать исключительно для операционной системы и установки программ;

-диск D можно использовать для хранения данных;

— диск Е — для хранения изображений и музыки.

Но на практике подобную систему организации файлов можно создать и с помощью распределения данных по соответствующим каталогам, в чем пользователю могут помочь разнообразные специализированные утилиты. Другой причиной разделения жесткого диска на ряд логических дисков может быть старая версия системы BIOS, которая не в состоянии распознавать жесткие диски большого объема. В истории персональных компьютеров известно множество подобных случаев. Но практически любой ноутбук возрастом не более пяти лет под управлением современных версий операционной системы (таких, как Windows 98, ME, 2000, NT и ХР) без проблем распознает жесткие диски объемом до 100 Гбайт, а иногда и большего объема. Утилита для разбиения диска на разделы встроена в операционную систему Windows. Кроме этого многие производители жестких дисков устанавливают утилиту для автоматического создания разделов диска. Для любителей чего-то необычного существуют некоторые утилиты, позволяющие записать несколько загрузочных секторов на одном диске. В этом случае опытные пользователи могут экспериментировать с использованием различных операционных систем. Например, можно установить в одном из разделов новую версию операционной системы Windows компании Microsoft и испытать ее в работе, в то время как старая версия операционной системы все еще будет установлена в другом разделе на том же жестком диске. Вполне возможно создать один загрузочный сектор для операционной системы Windows, а другой — для операционной системы Linux или любой другой операционной системы. Одним из примеров программного обеспечения для нестандартной фрагментации жестких дисков может служить программа Norton Partition Magic, которая ранее распространялась на рынке компанией PowerQuest Corporation.

Высокоуровневое форматирование

На третьем этапе, в процессе высокоуровневого форматирования (high-level formatting), на диске создается файловая система и система индексов.

Представьте себе эти системы в виде оглавления статьи, в которое включены операционная система, приложения и данные. Традиционно в персональных компьютерах использовалась файловая система FAT (название которой является аббревиатурой от словосочетания File Aocation Table — размещения файлов). По мере развития и увеличения возможности использования больших машинных слов и больших дисков, компания Microsoft развивала и вышеупомянутую файловую систему. Сначала существовали системы FAT 12 (которые использовались только на гибких дисках), а затем появились новые версии этой системы FAT 16 и FAT32. Если файловая система FAT16 могла работать только с разделами, объем которых не превал 2 Гбайт, то FAT32 позволила снять подобные ограничения и стала применима для разделов объемом до 2 Тбайт. (Один терабайт равен 240 или 1024 Гбайт, или, по вашему желанию, 1 099 511 627 776 байт. При использовании такого значения можно не сомневаться в том, что маркетинговый отдел округлит подобный объем до следующего ближайшего триллиона байт). Самым последним видом файловой системы является система NTFS (New Technology File System — файловая система новой технологии). В этой системе есть множество преимуществ, среди которых отсутствие ограничений для размеров файлов; размер файла теперь может быть равен размеру всего диска или его раздела. (На момент написания этой статьи максимально допустимым размером файла считается 160 Тбайт минус 1 Кбайт, что во много раз превышает размеры жестких дисков, которые только в далеком будущем могут появиться в ноутбуках)

На заметку: Компания www.datarc.ru — центр по восстановлению информации с 5 лабораториями и 83 приемными пунктами в России и СНГ.