Твърд диск - всичко, което трябва да знаете

Използването на твърдия диск като основна единица за съхранение вече е номерирано. С появата на много бързите SSD дисковете се преместват на заден план, въпреки че не са по-малко важни, тъй като са идеални за масово съхранение. Единици, които в момента достигат 16 TB и които за малко над 60 евро можем да имаме 2 TB в нашия компютър, нещо, което все още е недостъпно за много от нас, ако е SSD за цената си.

В тази статия ще съберем всичко, което трябва да знаете за твърдите дискове, тяхната работа, характеристики и най-вече предимствата и недостатъците, които предлагат в сравнение със SSD дисковете, нещо, което винаги е задължително.

Функционални и вътрешни компоненти на твърд диск

Името на твърдия диск идва от английския твърд диск, или съкращението на твърдия диск, с което всички познаваме тази единица за съхранение и което е и най-ясният начин за разграничаване от SSD (Solic Disk Drive).

Задачата на твърдия диск е не друга, освен да бъде осигуряването на нашето оборудване, мястото, където се съхраняват всички файлове, програми и където е инсталирана операционната система. По тази причина се нарича още основно съхранение, което за разлика от RAM паметта поддържа файлове вътре дори без електричество.

Докато SSD дисковете са направени изцяло от електронни компоненти и съхраняват информация за чип, съставен от порти на NAND, твърдите дискове имат механични части. В тях серия от дискове се върти с висока скорост, така че, използвайки магнитни глави, информацията върху тях се чете и изтрива. Нека видим основните елементи, които са част от твърдия диск.

съдове

Това ще бъде мястото, където се съхранява информацията. Те са инсталирани хоризонтално и всяка палуба се състои от две лица или намагнетизирани звукозаписни повърхности. Обикновено те са изработени от метал или стъкло. За да съхраняват информацията в тях, те имат клетки, където могат да се намагнетизират положително или отрицателно (1 или 0). Финалът на тях е точно като огледало, в тях се съхранява огромно количество данни и повърхността трябва да е перфектна.

Глави за четене

Вторият най-важен елемент са главите за четене, които имаме по една за всяко лице или повърхност за запис. Тези глави всъщност не контактуват с плочите, така че няма износване по тях. Когато чиниите се въртят, се създава тънък филм с въздух, който не позволява броенето между него и игралната площадка (приблизително 3 nm един от друг). Това е едно от основните предимства пред SSD дисковете, чиито клетки се разграждат с изтривания и записи.

двигатели

Видяхме присъствието на много механични елементи в твърдия диск, но този, който го показва най-много, е наличието на двигатели. С изключение на феновете, това е единственият такъв елемент на компютър и основният източник на бавни твърди дискове. Моторът върти плочите с определена скорост, може да е 5, 400 RPM, 7, 200 или 10 000 RPM за най-бързите. Докато не се достигне тази скорост, няма да можете да взаимодействате с дисковете и това е чудесен източник на бавнота.

Към това добавяме двигателя или по-скоро електромагнита, който кара главите за четене да се движат, за да бъдат разположени на мястото, където са данните. Това също отнема време, тъй като е още един източник на бавнота.

кеширана

Поне текущите единици имат вграден в електронната верига чип за памет. Това действа като мост за обмен на информация от физическите пластини към паметта на RAM паметта. Той е като динамичен буфер за облекчаване на достъпа до физическа информация и обикновено е 64 MB.

капсулирани

Капсулирането е много важно за HDD, тъй като, за разлика от SSD, вътрешността трябва да бъде напълно под налягане, така че да не попадне нито една петна прах. Нека вземем предвид, че плочите се въртят с огромна скорост, а иглата на главите измерва само няколко микрометра. Всеки твърд елемент, колкото и да е мъничък, може да причини необратими щети на устройството.

връзки

За финал имаме целият набор от връзки на гърба на пакета, който се състои от SATA конектор за захранване и друг за данни. Преди това IDE твърдите дискове също имаха панел за избор на работен режим, slave или master, ако дисковете споделят шина, но сега всеки диск се свързва към отделен порт на дънната платка.

Форма и интерфейсни фактори на твърд диск

В този смисъл информацията е доста кратка в момента, тъй като ние откриваме само два форм фактора. Първият е стандартът за настолни компютри, с 3, 5-инчови устройства и размери 101, 6 х 25, 4 х 146 мм. Вторият е форм-факторът, използван в 2, 5-инчовите преносими устройства с размери 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Що се отнася до технологиите за свързване, в момента нямаме твърде много за HDD дискове, тъй като са два:

SATA

Това е стандартът за комуникация в твърдите дискове на текущите компютри като заместител на IDE. В този случай се използва серийна шина, използваща протокола AHCI, вместо паралелна за предаване на данните. Той е значително по-бърз от традиционния IDE и по-ефективен с максимални трансфери от 600 MB / s. В допълнение, той позволява горещи връзки на устройствата и има много по-малки и по-управляеми шини. Във всеки случай, настоящият механичен твърд диск може да достигне максимум 400 MB / s при четене, докато SATA SSD дисковете напълно се възползват от тази шина.

SAS

Това е еволюцията на SCSI интерфейса и това е шина, която работи серийно като SATA, въпреки че командите от тип SCSI все още се използват за взаимодействие с твърди дискове. Едно от неговите свойства е, че е възможно да се свържат няколко устройства на една и съща шина, а също така е в състояние да осигури постоянна скорост на предаване за всяко от тях. Можем да свържем повече от 16 устройства и той има същия интерфейс за връзка като SATA дисковете, което го прави идеален за монтиране на RAID конфигурации на сървъри.

Скоростта му е по-малка от SATA, но важна характеристика е, че SAS контролерът може да комуникира със SATA диск, но SATA контролерът не може да комуникира със SAS диск.

Физически, логически и функционални части на твърдия диск

Вече видяхме основните части вътре, но това е само началото, за да разберем как всъщност работи. И ако искате да знаете всичко за тези твърди дискове, тогава този раздел е най-важният, тъй като той определя как работи твърдия диск, което може да се направи по два начина:

CHS (цилиндър - глава на сектора): Тази система е тази, използвана в първите твърди дискове, въпреки че е заменена от следното. Чрез тези три стойности е възможно главата за четене да се постави на мястото, където се намират данните. Тази система беше лесна за разбиране, но изискваше доста дълги указания за позициониране.

LBA (логично адресиране в блокове): той е този, който се използва в момента, в този случай разделяме твърдия диск на сектори и присвояваме на всеки един уникален номер, сякаш това е адрес на памет, в който трябва да се намира шпиндела. В този случай низът с инструкции ще бъде по-къс и по-ефективен и ще позволи дискът да бъде индексиран от системата.

Физическа структура на съдовете

Нека да видим как е разделена физическата структура на твърдия диск, което ще определи как работи.

• Track: Следите са концентричните пръстени, които образуват повърхността за запис на диска. Цилиндър: Цилиндърът е оформен от всички коловози, които са вертикално подравнени на всяка от плочите и лицата. Това не е нещо физическо, а въображаем цилиндър. Сектор: Всяка писта е разделена на парчета арки, наречени сектори. Във всеки сектор ще се съхраняват данни и ако една от тях остане непълна, следващите данни ще отидат в следващия сектор. Размерите на технологичния сектор на ZBR (запис на битови зони) ще варират от вътрешни до външни песни, за да се оптимизира пространството. Обикновено те са 4KB, въпреки че може да се промени от операционната система. Клъстер: Това е групиране на сектори. Всеки файл ще заеме определен брой клъстери и никой друг файл не може да се съхранява в определен клъстер.

Логическа структура на твърд диск

Забавното е, че логическата структура на твърдия диск е поддържана и за SSD дискове, въпреки че работи по различен начин.

Сектор за зареждане (MBR или GPT)

Записът на главното зареждане или MBR е първият сектор на твърдия диск, песен 0, цилиндър 0, сектор 1. Тук се съхранява таблицата с дялове на целия твърд диск, маркираща началото и края на тях. Boot Loader също се съхранява, където се събира активният дял, където са инсталирани системата или операционните системи. Понастоящем той е заменен в почти всички случаи от стила на GPT дял, който сега ще видим по-подробно.

прегради

Всеки дял разделя твърдия диск на определен брой цилиндри и те могат да бъдат с размера, който искаме да им зададем. Тази информация ще се съхранява в таблицата на дяловете. В момента съществува концепция за логически дялове, заедно с динамичния твърд диск, с който можем дори да се присъединим към два различни твърди диска и с оглед на системата той ще работи като един.

Разлика между MBR и GPT

Понастоящем има два типа таблици на дялове за HDD или SSD, тези от тип MBR или тези от тип GPT (Global Unique Identifier). Стилът на дялово разделяне на GPT беше реализиран за EFI или Extensible Firmware Interface системи, който замени старата BIOS система от компютри. И така, докато BIOS използва MBR за управление на твърдия диск, GPT е насочен към това да бъде собствената система за UEFI. Най-хубавото е, че тази система присвоява уникален GUID на всеки дял, това е като MAC адрес, а разпределителят е толкова дълъг, че всички дялове в света могат да бъдат еднозначно именувани, като на практика премахват физическите ограничения от твърд диск по отношение на разделяне.

Това е първата и най-видимата разлика с MBR. Докато тази система ви позволява да създавате само 4 първични дяла на твърд диск с максимум 2 TB, в GPT няма теоретично ограничение за тяхното създаване. Операционната система по някакъв начин прави това ограничение и Windows в момента поддържа 128 първични дяла.

Втората разлика се крие в стартовата система. С GPT самият UEFI BIOS може да създаде своя собствена система за зареждане, като динамично открива съдържанието на диска при всяко зареждане. Това ни позволява да стартираме перфектно компютър, дори ако сменим твърдия диск с друг с друга логическа дистрибуция. Вместо това MBR или старите BIOS се нуждаят от изпълним файл, за да идентифицират активния дял и да могат да започнат зареждане.

За щастие почти всички настоящи твърди дискове на твърд диск и SSD идват предварително конфигурирани със системата за дялове GPT и във всеки случай от самата система или в команден режим с Diskpart можем да модифицираме тази система преди да инсталираме Windows.

Файлови системи на твърд диск

За да завършим с работата на твърд диск, трябва да научим какви са основните файлови системи, които се използват. Те са основна част от потребителя и възможностите за съхранение.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Пренебрегвайки присъствието на системата FAT, тъй като тя е практически безполезна в сегашните системи за съхранение, FAT32 е нейният предшественик. Тази система позволява присвояване на 32-битови адреси на клъстери, така че на теория поддържа размери за съхранение от 8 TB. Реалността е, че Windows ограничава този капацитет до 128 GB с размер на файла не по-голям от 4 GB, така че това е система, която използват само малки USB устройства за съхранение.

За да преодолее ограниченията на FAT32, Windows създаде системата exFAT, която поддържа теоретични размери на файлове до 16 EB (Exabytes) и теоретични размери за съхранение от 64 ZB (Zettabytes)

Тази система е тази, използвана от Windows за инсталиране на системата и управление на файловете на твърдия диск. В момента поддържа 16TB, 256TB файлове като максимален размер на силата на звука и можете да конфигурирате различни размери на клъстери за форматиране. Това е система, която използва много пространство за конфигуриране на силата на звука, така че се препоръчват размери на дялове по-големи от 10 GB.

Това е собствената файлова система на Apple и замества традиционната HFS чрез добавяне на поддръжка за по-големи файлове и по-големи обеми. Тези размери са най-много 8 EB.

Сега ние се занимаваме със собствената файлова система на Linux, понастоящем във нейната версия EXT4. Поддържаните размери на файла са максимум 16TB и 1 EB като размер на звука.

И накрая, ReFS е друга система, патентована от Microsoft и предназначена да бъде еволюцията на NTFS. Той беше реализиран с Windows Server 2012, но някои Windows 10 за бизнес дистрибуции в момента го поддържат. Тази система се усъвършенства при NTFS в много отношения, например чрез прилагане на защита срещу деградация на данните, отстраняване и повреда и излишък, поддръжка на RAID, проверка на целостта на данните или премахване на chkdsk. Поддържа размери на файлове от 16 EB и обем на 1 YB (Yottabyte)

Какво е RAID

И тясно свързани с концепцията за файловите системи са конфигурациите RAID. Всъщност има лаптопи или компютри, които вече имат конфигурация RAID 0 за капацитета си за съхранение.

RAID означава Redundant Array of Independent Disks и представлява система за съхранение на данни, използваща множество единици за съхранение. В тях данните се разпределят така, сякаш са единична единица, или се репликират, за да се гарантира целостта на данните срещу грешки. Тези единици за съхранение могат да бъдат или твърди дискове, или механични твърди дискове, SSD или твърди дискове, дори M.2.

В момента има голям брой RAID нива, който се състои в конфигуриране и свързване на тези твърди дискове по различни начини. Например, RAID 0 се присъединява към два или повече диска в един, за да разпространява данните на всички тях. Той е идеален за разширяване на съхранението чрез гледане само на един твърд диск в системата, например, два 1 TB HDD диска могат да образуват една 2 TB. От друга страна, RAID 1 е точно обратното, това е конфигурация с два или повече огледални диска, така че данните да се съхраняват репликирани на всеки от тях.

Предимства и недостатъци на HDD спрямо SSD

И накрая, ще обобщим и обясним основните разлики между механичен твърд диск и твърд диск. За това вече имаме статия, в която всички тези фактори са обяснени подробно, така че само ще направим бърз синтез.

Изключителни предимства

• Капацитет: Това е едно от основните предимства, които твърд диск има пред SSD, и то не точно защото SSD дисковете са малки, а защото цената им нараства много. Знаем, че HDD е по-бавен от SSD, 400MB / s срещу 5000MB / s на най-бързите дискове, но капацитетът му за съхранение на диск е идеален за използване като склад за данни. В момента има 3.5 ”HDD дискове до 16TB. Ниска цена на GB: Следователно, от горното, цената на GB е много по-ниска на HDD, отколкото на SSD, така че можем да купим много по-големи единици, но на по-ниска цена. Намерен е 2 TB твърд диск на цена от около 60 евро, докато 2 TB M.2 SSD е поне 220 евро или повече. Срок на годност: И третото предимство на HDD е срокът на годност на вашите чинии. Внимавайте да не споменавате неговата трайност и устойчивост, а по-скоро броя пъти, в които можем да запишем и изтрием клетки, което на механични твърди дискове е практически неограничено. На SSD дисковете броят им е ограничен до няколко хиляди, което ги прави много по-малко привлекателни опции за бази данни и сървъри.

недостатъци

• Те са много бавни: с появата на SSD дисковете механичните твърди дискове се превърнаха в най-бавното устройство в компютър, дори под USB 3.1. Това ги прави почти еднократна опция за инсталиране на операционна система, предназначена само за данни, ако наистина искаме бърз компютър. Говорим за цифри, които поставят HD 40-50 пъти по-бавно от SSD, това не е глупост. Физически размер и шум: Тъй като са механични и имат плочи, размерът им е доста голям в сравнение с M.2 SSD, който е с размери само 22 × 80 мм. По същия начин наличието на двигателни и механични глави ги прави доста шумни, особено когато файловете са фрагментирани. Фрагментация: разпределението в песни кара данните да стават по-фрагментирани с течение на времето. С други думи, дискът ще попълни секторите, които са били празни при изтриване, така че четящата глава трябва да направи много скокове, за да прочете пълен файл. В SSD, като памет на електронни клетки, всички те са достъпни със същата скорост, точно както паметта RAM, този проблем не съществува.

Заключение за твърди дискове

По този начин стигаме до края на нашата статия, която развива в дълбочина темата за механичния твърд диск. Без съмнение това са елементи, които поне за по-голямата част от потребителите играят малко по-незначителна роля, като имат на пазара SSD дискове от дори 2 TB. Но те все още са звездният вариант за масово съхранение, тъй като за това не ни трябва толкова скорост, а много пространство.

Представете си какво би се случило, ако имаме единичен 512 или 256 GB SSD и искаме да запишем 4K филми, да инсталираме игри или сме създатели на съдържание. Ако искаме скорост, трябва да похарчим цяло състояние, за SSD, докато разполагането с 20 TB с HDD би ни струвало около 600 евро, докато това с SSD SATA може да ни струва около 2000 евро и ако те са NVMe, по-добре дори да не го изчисляваме.

Оставяме ви сега с някои статии, които ще ви бъдат полезни за допълване на информацията и разбира се с нашите ръководства.

Колко твърди диска имате на вашия компютър и какъв тип са те? Използвате ли SSD и HDD?