Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)
Приветствую всех читателей блога pc-information-guide.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Поэтому я решил посвятить этому сегодняшнюю статью.
Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания (до выключения компьютера).
Жесткий диск, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, только инженерным. Да-да, именно так. Настолько сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жесткий диск — это самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства жесткого диска и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жесткий диск компьютера. Сегодня будет такая возможность).
Устройство жесткого диска компьютера
Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.
Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.
А теперь третья, наверное самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!
Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:
Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.
Четвертая часть — сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.
Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска — это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.
Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.
Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера
Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.
Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать информацию. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов жесткого диска, размещена не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.
Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на жестком диске, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое огромное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска включает в себя несколько десятков миллиардов битов.
Принцип работы жесткого диска
Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.
Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу — это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.
Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.
Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.
Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска — это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.
Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах
Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта — очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!
Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)
Приветствую всех читателей блога pc-information-guide.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Поэтому я решил посвятить этому сегодняшнюю статью.
Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания (до выключения компьютера).
Жесткий диск, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, только инженерным. Да-да, именно так. Настолько сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жесткий диск — это самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства жесткого диска и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жесткий диск компьютера. Сегодня будет такая возможность).
Устройство жесткого диска компьютера
Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.
Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.
А теперь третья, наверное самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!
Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:
Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.
Четвертая часть — сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.
Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска — это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.
Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.
Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера
Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.
Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать информацию. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов жесткого диска, размещена не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.
Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на жестком диске, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое огромное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска включает в себя несколько десятков миллиардов битов.
Принцип работы жесткого диска
Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.
Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу — это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.
Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.
Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.
Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска — это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.
Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах
Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта — очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!
Как сделать жесткий диск HDD загрузочным?
Большинство пользователей уже сами могут самостоятельно выполнить установку операционной системы. Ведь тут не нужно иметь много познаний, главное наличие головы и строгое следование инструкциям. Обычно установка производится с диска, либо при помощи загрузочной флешки.
Но сегодня мы узнаем еще об одном, оригинальном способе установить операционную систему. Если так подумать, то для этих целей могут подойти любые сменные носители, подходящего объема. Так почему же не испытать для этого внешний HDD? Иногда это действительно может пригодится, когда нет оптического привода, или подходящей флешки.
В интернете множество приложений, которые могут сделать загрузочный hdd. Но потом выяснилось, что сделать жесткий диск HDD загрузочным при помощи стандартных средств Windows, ничего не устанавливая на свой компьютер. Сейчас мы и посмотрим, как это делается.
Подготовка винчестера
Самый первый шаг в таких случаях, убедиться, что на диске нет важной информации. Скопируйте все его содержимое в другое место и сохраните, чтобы потом не жалеть об утраченном. Настройку жесткого диска будем проводить на операционной системе Windows 8.1. Но если вы пользуетесь более старыми версиями этой ОС, то ничего страшного — разница не большая и все делается примерно так же. Интересная фишка состоит в том, что на загрузочном винчестере может одновременно быть Windows и отдельно файлы для других, своих нужд. Это достигается созданием нескольких разделов на нем.
1. Подключите к ПК внешний диск и откройте Управление дисками
Вся информация на винчестере будет потеряна!
Сделайте клик правой кнопочкой мышки по меню «Пуск» и выберите «Управление дисками».
На более старых версиях Windows нужно попасть в «Управление компьютером». Для этого откройте «Панель управления», через меню «Пуск». Дальше откройте раздел «Администрирования» и раскройте «Управление компьютером». После этого нужно будет развернуть вкладку «Запоминающих устройств». На ней открываем «Управление дисками».
2. Выбираем внешний диск
Дальше необходимо, в табличке среди дисков, найти свой винчестер и выделить его. Постарайтесь не ошибиться диском, будет очень обидно, если случайно отформатируете не тот, да еще и с ценными данными.
У нас это «Диск 1».
3. Удаляем все разделы на диске
3. Удаляем все разделы на дискеДелаете щелчок правой кнопкой мышки по каждому разделу и выбираете «Удалить том».
Таким образом должны быть удалены все разделы, на этом диске.
4. Разбиваем диск на разделы
Теперь делаем наоборот — создаем разделы. Нам понадобится создать один раздел непосредственно для установочной ОС, а второй будет для других нужд. Делаем щелчок правой кнопочкой по не распределенному полю, для этого диска и в открывшемся контекстном меню нажимаем на Создание простого тома.
5. Создаем новый том
Тут же появится специальный мастер, для создания простых томов. Укажите объем для данного тома равным 4404 мегабайта. Нажмите «Далее».
Можно указать букву диска, или оставить как есть. Опять нажимаем «Далее».
Выбираем форматирование этого тома в файловую систему FAT32. И снова нажмите «Далее», а потом нажимаете «Готово».
6. Делаем раздел активным
6. Делаем раздел активнымКликните правой кнопкой по разделу и выберите «Сделать активным».
Подтвердите свои действия кнопкой «Да». Теперь мы можем наблюдать такую картинку.
Точно так же сделайте и с оставшемся разделом на диске. В этом случае, его не нужно будет делать активным.
Записываем Windows на внешний HDD
Тут вообще ничего сложного, все делается проще простого. Если у Вас есть загрузочный DVD, то просто откройте его при помощи проводника, потом выделите все файлы и папки, которые находятся на нем и скопируйте в активный том на внешнем винчестере.
Если же у Вас имеется ISO образ диска, с дистрибутивом операционной системы, то его можно открыть любым архиватором. Ведь такой образ, это своего рода архив. На «восьмерке» его даже можно открыть проводником. После того, как откроете, таким же образом скопируйте все файлы и папки на внешний HDD. После такой не хитрой процедуры, USB HDD будет работать как обычная загрузочная флешка. Остается только, после подключения диска, сделать нужные настройки в БИОСе. Зайдите в настройки BIOS. На разных компьютерах это делается по-разному, обычно это клавиша Del, или кнопка F2 (на ноутбуках). В параметрах откройте раздел загрузки «Boot». Дальше в параметрах приоритетной загрузки (Boot Priority order), ставим первым в списке USB HDD. Для сохранения настроек нажимаем на F10 и кнопку ОК. После этого компьютер перезагрузится и будет выполнена загрузка установки Windows (или любой другой ОС) с внешнего жесткого диска
Если не получается сделать раздел активным
По не понятным причинам, эта тема нигде в интернете не встречается. Даже несмотря на то, что с ней сталкиваются многие пользователи. А ведь бывает так, что никакие разделы на дисках не хотят делаться активными, эта кнопка просто не нажимается. Для тех, кто не совсем еще понял разницу между активным и не активным поясняю: компьютер выполняет загрузку операционной системы только с активных разделов.
Раздел делается активным при помощи одного из двух, основных способов:
- Через управление дисками. Это тот способ, который мы уже выше рассмотрели. Но он не всегда срабатывает. Иногда просто не получается сделать том активным.
- Через командную строку используя diskpart. Тут все делается немножко сложнее, но зато к этому способу можно прибегнуть, когда не сработал первый. Сейчас мы его подробно изучим.
Как сделать том активным, используя командную строку?
Подключите свой внешний диск, который уже разбит на разделы. Через меню «Пуск», на вкладке всех программ, откройте папку со стандартными и выберите Командную строку. Ее нужно запустить с правами администратора. Если кто не знает, то нужно сделать щелчок правой кнопкой мышки и выбрать соответствующий пункт, в контекстном меню. Также при помощи комбинации клавиш WIN+X.
После того, как появится окошко терминала, введите следующую команду: diskpart. Затем нажмите на «Enter». Должна появится строчка DISKPART>.
Теперь понадобится ввести команду list disk и опять подтвердить нажатием кнопки «Enter». В окне будет показана табличка со всеми жесткими дисками, которые, в данный момент, подключены к компьютеру.
Вам нужно выбрать тот, который используется в качестве загрузочного. Это делается при помощи команды select disk 0. Причем «0» — это номер для нужного нам диска. Поскольку мы разбивали диск под номером «1», то команда, в нашем случае, будет выглядеть так: select disk 1. Таким образом, будет выбран диск с номером один.
Сейчас мы будем искать разделы, которые находятся на этом диске. Нам нужно получить их список. Поэтому вводим команду list partition и нажимаем на кнопочку Enter.
А теперь, нам нужно будет выбрать раздел, который мы сделаем активным. Введите такую команду: select partition 1. После этого нажмите на кнопку Enter. Как и в случае с дисками, единица — это номер раздела. После этого появится подтверждающая надпись о том, что выбран нужный раздел.
После предыдущего шага, вводим такую команду active и нажимаем на клавишу «Enter». Затем должно появиться сообщение, в котором говорится что текущий раздел помечен как активный.
На этом все, если столкнулись с каким-нибудь новыми проблемами, или у Вас возникли вопросы — обязательно отпишитесь в комментариях.