Dysk twardy - wszystko, co musisz wiedzieć

Wykorzystanie dysku twardego jako głównej jednostki pamięci jest już ponumerowane. Wraz z pojawieniem się bardzo szybkich dysków SSD dyski HD zostały przeniesione w tło, choć nie są one mniej ważne, ponieważ idealnie nadają się do pamięci masowej. Jednostki, które obecnie osiągają 16 TB, a za nieco ponad 60 euro możemy mieć 2 TB w naszym komputerze, co dla wielu z nas wciąż jest poza zasięgiem, jeśli jest to dysk SSD za swoją cenę.

W tym artykule zgromadzimy wszystko, co musisz wiedzieć o dyskach twardych, ich działaniu, cechach, a zwłaszcza zaletach i wadach, jakie oferują w porównaniu do dysków SSD, co zawsze jest koniecznością.

Funkcja i wewnętrzne elementy dysku twardego

Nazwa dysku twardego pochodzi od angielskiego dysku twardego lub akronimu HDD, za pomocą którego wszyscy znamy tę pamięć, i który jest również najłatwiejszym sposobem odróżnienia jej od SSD (Solic Disk Drive).

Zadaniem dysku twardego jest dostarczanie naszego sprzętu, miejsca przechowywania wszystkich plików, programów i instalacji systemu operacyjnego. Z tego powodu jest również nazywany pamięcią główną, która w przeciwieństwie do pamięci RAM, utrzymuje pliki w środku nawet bez prądu.

Podczas gdy dyski SSD są wykonane w całości z elementów elektronicznych i przechowują informacje na chipie wykonanym z bramek NAND, dyski twarde mają części mechaniczne. W nich szereg dysków obraca się z dużą prędkością, dzięki czemu za pomocą głowic magnetycznych informacje na nich są odczytywane i usuwane. Zobaczmy główne elementy, które są częścią dysku twardego.

Dania

Będzie to miejsce przechowywania informacji. Są one instalowane poziomo, a każdy odtwarzacz składa się z dwóch powierzchni lub namagnesowanych powierzchni rejestrujących. Zazwyczaj są one wykonane z metalu lub szkła. Aby przechowywać w nich informacje, mają komórki, w których można je magnesować dodatnio lub ujemnie (1 lub 0). Ich wykończenie jest dokładnie jak lustro, w nich przechowywana jest ogromna ilość danych, a powierzchnia musi być idealna.

Głowice do czytania

Drugim najważniejszym elementem są głowice czytające, które mamy po jednej dla każdej twarzy lub powierzchni zapisu. Te głowice tak naprawdę nie stykają się z płytami, więc nie ulegają one zużyciu. Gdy naczynia obracają się, powstaje cienka warstwa powietrza, która uniemożliwia zliczanie między nimi a głowicą (w odległości około 3 nm). Jest to jedna z głównych zalet w porównaniu z dyskami SSD, których komórki ulegają degradacji w wyniku kasowania i zapisu.

Silniki

Widzieliśmy obecność wielu elementów mechanicznych wewnątrz dysku twardego, ale tym, który pokazuje to najbardziej, jest obecność silników. Oprócz fanów jest to jedyny taki element na PC i główne źródło wolnych dysków twardych. Silnik obraca płyty z określoną prędkością, może to być 5400 obr./min, 7200 lub 10000 obr./min. Dopóki ta prędkość nie zostanie osiągnięta, nie będziesz mógł wchodzić w interakcje z dyskami i jest to świetne źródło spowolnienia.

Do tego dodajemy silnik, a raczej elektromagnes, który powoduje, że głowice czytające poruszają się w miejscu, w którym znajdują się dane. To również wymaga czasu, ponieważ jest jeszcze jednym źródłem spowolnienia.

Pamięć podręczna

Co najmniej obecne jednostki mają wbudowany układ pamięci w obwodzie elektronicznym. Działa to jak pomost do wymiany informacji z fizycznych płyt do pamięci RAM. To jest jak dynamiczny bufor ułatwiający dostęp do informacji fizycznych i zwykle ma 64 MB.

Kapsułkowane

Hermetyzacja jest bardzo ważna dla dysku twardego, ponieważ w przeciwieństwie do dysku SSD wnętrze musi być całkowicie pod ciśnieniem, aby nie dostała się ani jedna cząsteczka pyłu. Weźmy pod uwagę, że płytki obracają się z ogromną prędkością, a igła głowic mierzy tylko kilka mikrometrów. Każdy solidny element, bez względu na to, jak mały, może spowodować nieodwracalne uszkodzenie urządzenia.

Połączenia

Na koniec mamy cały zestaw połączeń z tyłu pakietu, który składa się ze złącza zasilania SATA i drugiego złącza do przesyłania danych. Wcześniej dyski twarde IDE miały również panel wyboru trybu pracy, slave lub master, jeśli dyski współużytkowały magistralę, ale teraz każdy dysk łączy się z osobnym portem na płycie głównej.

Czynniki formy i interfejsu na dysku twardym

W tym sensie informacje są obecnie dość krótkie, ponieważ widzimy tylko dwa czynniki kształtu. Pierwszy jest standardem dla komputerów stacjonarnych z napędami 3, 5-calowymi i wymiarami 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Drugi to format stosowany w 2, 5-calowych dyskach przenośnych o wymiarach 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Jeśli chodzi o technologie połączeń, obecnie nie mamy zbyt wielu dysków HDD, a są to dwa:

SATA

Jest to standard komunikacji w dyskach twardych obecnych komputerów, zastępujący IDE. W takim przypadku do transmisji danych używana jest magistrala szeregowa wykorzystująca protokół AHCI zamiast równoległej. Jest znacznie szybszy niż tradycyjne IDE i bardziej wydajny z maksymalnym transferem 600 MB / s. Ponadto pozwala na gorące połączenia urządzeń i ma znacznie mniejsze i łatwiejsze w zarządzaniu magistrale. W każdym razie aktualny mechaniczny dysk twardy może odczytać maksymalnie 400 MB / s, podczas gdy dyski SSD SATA w pełni wykorzystują tę magistralę.

SAS

Jest to ewolucja interfejsu SCSI i jest to magistrala działająca szeregowo jak SATA, chociaż polecenia typu SCSI są nadal używane do interakcji z dyskami twardymi. Jedną z jego właściwości jest to, że możliwe jest podłączenie kilku urządzeń do tej samej magistrali, a także jest w stanie zapewnić stałą szybkość transferu dla każdego z nich. Możemy podłączyć więcej niż 16 urządzeń i ma ten sam interfejs połączenia co dyski SATA, co czyni go idealnym do montowania konfiguracji RAID na serwerach.

Jego prędkość jest mniejsza niż SATA, ale ważną cechą jest to, że kontroler SAS może komunikować się z dyskiem SATA, ale kontroler SATA nie może komunikować się z dyskiem SAS.

Fizyczne, logiczne i funkcjonalne części dysku twardego

Widzieliśmy już podstawowe części w środku, ale to dopiero początek zrozumienia, jak to naprawdę działa. A jeśli chcesz wiedzieć wszystko o tych dyskach twardych, ta sekcja jest najważniejsza, ponieważ określa, jak działa dysk twardy, co można zrobić na dwa sposoby:

CHS (cylinder - głowica - sektor): Ten system jest używany w pierwszych dyskach twardych, chociaż został zastąpiony przez następujące. Za pomocą tych trzech wartości można umieścić głowicę czytającą w miejscu, w którym znajdują się dane. Ten system był łatwy do zrozumienia, ale wymagał dość długich wskazówek pozycjonowania.

LBA (logiczne adresowanie w blokach): jest to ten, który jest obecnie używany, w tym przypadku dzielimy dysk twardy na sektory i przypisujemy każdemu z nich unikalny numer, tak jakby był to adres pamięci, w którym musi znajdować się wrzeciono. W takim przypadku łańcuch instrukcji będzie krótszy i bardziej wydajny i umożliwi indeksowanie dysku przez system.

Struktura fizyczna naczyń

Zobaczmy, jak struktura fizyczna dysku twardego jest podzielona, ​​co określi, jak to działa.

• Ścieżka: Ścieżki są koncentrycznymi pierścieniami, które tworzą powierzchnię zapisu płyty. Cylinder: Cylinder jest utworzony przez wszystkie ścieżki, które są wyrównane pionowo na każdej z płyt i ścian. To nie jest coś fizycznego, ale wyimaginowany cylinder. Sektor: Każda ścieżka jest podzielona na części łuków zwanych sektorami. W każdym sektorze dane będą przechowywane, a jeśli jeden z nich pozostanie niekompletny, następne dane przejdą do następnego sektora. Rozmiary sektorów technologii ZBR (nagrywanie stref bitowych) będą się różnić od ścieżek wewnętrznych do zewnętrznych, aby zoptymalizować przestrzeń. Zazwyczaj są to 4KB, chociaż można to zmienić w systemie operacyjnym. Klaster: jest to grupa sektorów. Każdy plik będzie zajmował określoną liczbę klastrów i żaden inny plik nie może być przechowywany w określonym klastrze.

Logiczna struktura dysku twardego

Zabawne jest to, że logiczna struktura dysku twardego została zachowana również dla dysków SSD, mimo że działa inaczej.

Sektor rozruchowy (MBR lub GPT)

Główny rekord rozruchowy lub MBR to pierwszy sektor dysku twardego, ścieżka 0, cylinder 0, sektor 1. Tutaj przechowywana jest tablica partycji całego dysku twardego, oznaczająca ich początek i koniec. Przechowywany jest również moduł ładujący, w którym gromadzona jest aktywna partycja, na której zainstalowany jest system lub systemy operacyjne. Obecnie prawie we wszystkich przypadkach został on zastąpiony stylem partycji GPT, który zobaczymy teraz bardziej szczegółowo.

Partycje

Każda partycja dzieli dysk twardy na określoną liczbę cylindrów i mogą mieć rozmiar, który chcemy im przypisać. Informacje te zostaną zapisane w tablicy partycji. Obecnie istnieje koncepcja partycji logicznych wraz z dynamicznym dyskiem twardym, z którymi możemy nawet połączyć dwa różne dyski twarde i ze względu na system będzie działać jako jeden.

Różnica między MBR a GPT

Obecnie istnieją dwa rodzaje tablic partycji dla dysku twardego lub SSD, typu MBR lub typu GPT (Global Unique Identifier). Styl partycjonowania GPT został zaimplementowany w systemach EFI lub Extensible Firmware Interface, który zastąpił stary system BIOS komputerów. Tak więc, podczas gdy BIOS wykorzystuje MBR do zarządzania dyskiem twardym, GPT jest nastawione na to, że jest to zastrzeżony system dla UEFI. Co najlepsze, system ten przypisuje unikalny identyfikator GUID do każdej partycji, jest jak adres MAC, a alokator jest tak długi, że wszystkie partycje na świecie można jednoznacznie nazwać, praktycznie eliminując ograniczenia fizyczne z dysku twardego pod względem partycjonowania.

To pierwsza i najbardziej widoczna różnica w MBR. Chociaż ten system umożliwia tworzenie tylko 4 podstawowych partycji na dysku twardym o maksymalnej pojemności 2 TB, w GPT nie ma teoretycznych ograniczeń dotyczących ich tworzenia. To system operacyjny w jakiś sposób wprowadza to ograniczenie, a system Windows obsługuje obecnie 128 partycji podstawowych.

Druga różnica polega na systemie początkowym. Dzięki GPT sam UEFI BIOS może stworzyć własny system rozruchowy, dynamicznie wykrywający zawartość dysku przy każdym uruchomieniu. To pozwala nam idealnie uruchomić komputer, nawet jeśli zmienimy dysk twardy na inny z inną logiczną dystrybucją. Zamiast tego MBR lub stare BIOS-y potrzebują pliku wykonywalnego, aby zidentyfikować aktywną partycję i móc rozpocząć uruchamianie.

Na szczęście prawie wszystkie obecne dyski twarde HDD i SSD są wstępnie skonfigurowane z systemem partycji GPT, aw każdym razie z samego systemu lub w trybie poleceń za pomocą Diskpart możemy zmodyfikować ten system przed zainstalowaniem systemu Windows.

Systemy plików na dysku twardym

Aby zakończyć działanie dysku twardego, musimy dowiedzieć się, jakie są główne używane systemy plików. Stanowią one fundamentalną część użytkownika i możliwości przechowywania.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Ignorując obecność systemu FAT, ponieważ jest on praktycznie bezużyteczny w obecnych systemach pamięci masowej, FAT32 jest jego poprzednikiem. Ten system umożliwia przypisywanie klastrom adresów 32-bitowych, więc teoretycznie obsługuje rozmiary pamięci 8 TB. W rzeczywistości system Windows ogranicza tę pojemność do 128 GB przy rozmiarach plików nie większych niż 4 GB, więc jest to system, z którego korzystają tylko małe dyski USB.

Aby ominąć ograniczenia FAT32, Windows stworzył system exFAT, który obsługuje teoretyczne rozmiary plików do 16 EB (eksabajtów) i teoretyczne rozmiary pamięci 64 ZB (zettabajtów)

Ten system jest używany przez system Windows do instalowania systemu i zarządzania plikami na dysku twardym. Obecnie obsługuje pliki o wielkości 16 TB i 256 TB jako maksymalny rozmiar woluminu i można skonfigurować różne rozmiary klastra do formatowania. Jest to system, który zajmuje dużo miejsca na konfigurację woluminu, dlatego zalecane są rozmiary partycji większe niż 10 GB.

Jest to własny system plików Apple i zastępuje tradycyjny HFS, dodając obsługę większych plików i większych woluminów. Rozmiary te wynoszą maksymalnie 8 EB.

Teraz mamy do czynienia z własnym systemem plików Linuksa, obecnie w wersji EXT4. Obsługiwane rozmiary plików to maksymalnie 16 TB i 1 EB jako rozmiar woluminu.

ReFS to kolejny system opatentowany przez Microsoft i przeznaczony do ewolucji NTFS. Został zaimplementowany z Windows Server 2012, ale obecnie obsługuje go niektóre Windows 10 dla dystrybucji biznesowych. System ten ulepsza NTFS pod wieloma względami, na przykład poprzez wdrożenie ochrony przed degradacją danych, naprawą i awarią i nadmiarowością, wsparcie RAID, weryfikację integralności danych lub usunięcie chkdsk. Obsługuje rozmiary plików 16 EB i rozmiary woluminów 1 YB (Yottabyte)

Co to jest RAID

I ściśle związane z koncepcją systemów plików są konfiguracje RAID. W rzeczywistości istnieją laptopy lub komputery PC, które mają już konfigurację RAID 0 pod względem pojemności pamięci.

RAID oznacza Redundant Array of Independent Disks i jest to system przechowywania danych wykorzystujący wiele jednostek pamięci. W nich dane są dystrybuowane tak, jakby były pojedynczą jednostką lub są replikowane, aby zapewnić integralność danych przed awariami. Tymi jednostkami pamięci mogą być HDD lub mechaniczne dyski twarde, SSD lub dyski SSD, nawet M.2.

Obecnie istnieje duża liczba poziomów RAID, które polegają na konfigurowaniu i kojarzeniu tych dysków twardych na różne sposoby. Na przykład RAID 0 łączy dwa lub więcej dysków w jeden, aby dystrybuować dane na wszystkich z nich. Jest idealny do rozszerzania przestrzeni dyskowej poprzez oglądanie tylko jednego dysku twardego w systemie, na przykład dwa dyski twarde 1 TB mogą tworzyć jeden dysk twardy 2 TB. Z drugiej strony RAID 1 jest dokładnie odwrotny: jest to konfiguracja z dwoma lub więcej lustrzanymi dyskami, dzięki czemu dane są replikowane na każdym z nich.

Zalety i wady dysku twardego w porównaniu z dyskiem SSD

Na koniec podsumujemy i wyjaśnimy główne różnice między mechanicznym dyskiem twardym a dyskiem SSD. W tym celu mamy już artykuł, w którym szczegółowo wyjaśniono wszystkie te czynniki, dlatego dokonamy jedynie szybkiej syntezy.

Wybitne zalety

• Pojemność: jest to jedna z głównych zalet dysku twardego w porównaniu z dyskiem SSD, i to nie dlatego, że dyski SSD są małe, ale dlatego, że ich koszt znacznie wzrasta. Wiemy, że dysk twardy jest wolniejszy niż dysk SSD, 400 MB / s vs. 5000 MB / s na najszybszych dyskach, ale jego pojemność na dysk jest idealna do wykorzystania jako hurtownia danych. Obecnie istnieją dyski twarde 3, 5 ”o pojemności do 16 TB. Niski koszt na GB: W związku z powyższym, koszt na GB jest znacznie niższy na HDD niż na SSD, więc możemy kupić znacznie większe jednostki, ale po niższej cenie. Dysk twardy o pojemności 2 TB można znaleźć w cenie około 60 euro, a dysk SSD M.2 SSD o pojemności 2 TB kosztuje co najmniej 220 euro lub więcej. Okres przydatności do spożycia : Trzecią zaletą dysku twardego jest okres trwałości twoich talerzy. Uważaj, aby nie wspomnieć o jego trwałości i odporności, ale raczej o tym, ile razy możemy pisać i wymazywać komórki, co jest praktycznie nieograniczone na mechanicznych dyskach twardych. Na dyskach SSD liczba jest ograniczona do kilku tysięcy, co czyni je znacznie mniej atrakcyjnymi opcjami dla baz danych i serwerów.

Wady

• Są bardzo powolne: wraz z pojawieniem się dysków SSD mechaniczne dyski twarde stały się najwolniejszym urządzeniem w komputerze, nawet poniżej USB 3.1. To sprawia, że ​​są prawie jednorazową opcją instalacji systemu operacyjnego, ponieważ są przeznaczone tylko dla danych, jeśli naprawdę chcemy szybkiego komputera. Mówimy o liczbach, które umieszczają HD 40-50 razy wolniej niż dyski SSD, to nie nonsens. Rozmiar fizyczny i hałas: Ponieważ są mechaniczne i mają talerze, ich rozmiar jest dość duży w porównaniu z dyskiem SSD M.2, który mierzy tylko 22 × 80 mm. Podobnie posiadanie silnika i głowic mechanicznych powoduje, że są one dość hałaśliwe, szczególnie gdy pliki są pofragmentowane. Fragmentacja: rozkład w ścieżkach powoduje, że dane stają się bardziej fragmentaryczne w miarę upływu czasu. Innymi słowy, dysk wypełni sektory, które pozostały puste po skasowaniu, więc głowica odczytu musi wykonać wiele skoków, aby odczytać pełny plik. Na dysku SSD, będącym pamięcią komórek elektronicznych, wszystkie są dostępne z tą samą prędkością, podobnie jak pamięć RAM, ten problem nie istnieje.

Wniosek dotyczący dysków twardych

W ten sposób dochodzimy do końca naszego artykułu, który szczegółowo omawia mechaniczny dysk twardy. Bez wątpienia są to elementy, które przynajmniej dla większości użytkowników odgrywają nieco mniejszą rolę, ponieważ mają na rynku dyski SSD o pojemności nawet 2 TB. Ale wciąż są gwiazdą w przypadku pamięci masowej, ponieważ do tego nie potrzebujemy tyle prędkości, ale dużo miejsca.

Wyobraź sobie, co by się stało, gdybyśmy mieli jeden dysk SSD 512 lub 256 GB i chcemy zapisywać filmy 4K, instalować gry lub jesteśmy twórcami treści. Jeśli chcemy prędkości, musimy wydać fortunę na dysk SSD, a posiadanie 20 TB z dyskiem twardym kosztowałoby nas około 600 euro, podczas gdy robienie tego z dyskiem SSD SATA może kosztować nas około 2000 euro, a jeśli są to NVMe, lepiej nawet tego nie obliczać.

Pozostawiamy Ci teraz kilka artykułów, które będą przydatne jako uzupełnienie informacji, i oczywiście z naszymi przewodnikami.

Ile dysków twardych masz na komputerze i jakiego typu są? Czy używasz SSD i HDD?