Cyber Russia
2 subscribers

Простым языком: как устроен жесткий диск в компьютере

Простым языком: как устроен жесткий диск в компьютере

Жёсткий диск(он же HDD(Hard Drive Disk) он же в простонародии "Винчестер") — это главное и обычно наиболее существенное устройство хранения данных в компьютере. Это довольно сложно устроенная конструкция, но при этом отличается весьма простым принципом работы. Жёсткий диск очень удивительное изобретение компьютерной индустрии. Он может хранить астрономическое количество информации, пользуясь самыми обычными законами физики.

Задача жёсткого диска внутри компьютера – хранить и предоставлять информацию очень быстро.

Это рубрика "Простым языком", где я буду рассказывать вам о устройстве того или компонента или девайса максимально просто и понятно. Приятного чтения!

Интересный факт: Почему жёсткие диски называют Винчестерами?

Сам термин появился еще в далеком 1973 году, когда на рынке появился первый в мире HDD, конструкция которого состояла из двух отдельных отсеков в одном герметичном контейнере. Емкость каждого отсека составляла 30 Мб, из-за чего инженеры дали диску кодовое название «30-30», что было созвучно с маркой популярного в то время ружья «30-30 Winchester». Правда, в начале 90-х в Америке и Европе это название практически вышло из употребления, но на постсоветском пространстве это бытовое название жёсткого диска всё ещё популярно(но с каждым годом и у нас всё реже встречаются люди, использующие слово Винчестер для описания жёсткого диска)

Как устроен жёсткий диск внутри?

Давайте взглянем подробно и наглядно, как наш диск устроен внутри и как это всё вообще работает:

1. Интегральная схема синхронизирует работу диска с компьютером, и управляет всеми процессами

Как выглядит интегральная схема(Взято с Яндекс. Картинок)
Как выглядит интегральная схема(Взято с Яндекс. Картинок)

2. Электромотор вращает диск примерно 7200 раз в минуту. Интегральная схема обеспечивает поддержание этой скорости всё время работы компьютера.

Электромотор жёсткого диска(Взято с Яндекс. Картинок)
Электромотор жёсткого диска(Взято с Яндекс. Картинок)

3. Самая важная часть - Коромысло, которое записывает и считывает информацию. Конец коромысла разделен, чтобы работать сразу с несколькими дисками. Но головка коромысла никогда не прикасается к диску, промежуток между поверхностью диска и  головкой в пять тысяч раз меньше, чем человеческий волос. Ручка отводит воздух, который разгоняется вращающимся диском.

Коромысло жёсткого диска(Взято с Яндекс. Картинок)
Коромысло жёсткого диска(Взято с Яндекс. Картинок)

Да, внутри жёсткий диск состоит всего из трёх основных компонентов, обеспечивающих его работу, теперь же давайте разберёмся с самим принципом работы жёсткого диска.

Принцип работы жёсткого диска

принцип работы жёсткого диска(Взято с Яндекс. Картинок)
принцип работы жёсткого диска(Взято с Яндекс. Картинок)

Основной принцип работы жёсткого диска компьютера заключается в том, что информация записывается не куда попало, а в строго определенные локации, называемые секторами, которые расположены на концентрических дорожках или треках. Чтобы не было путаницы, применяются единые правила.

принцип записи данных на жёсткий диск
принцип записи данных на жёсткий диск

Имеется ввиду, что принципы работы накопителей на жёстких дисках, с точки зрения их логической структуры, универсальны. Так, например, размер одного сектора, принятый за единый стандарт во всем мире, составляет 512 байт. В свою очередь секторы делятся на кластеры, представляющие собой последовательности рядом находящихся секторов. И особенности принципа работы жесткого диска в этом отношении состоят в том, что обмен информацией как раз и производится целыми кластерами (целым числом цепочек секторов).

Но как же происходит считывание информации? Принципы работы накопителя на жёстких магнитных дисках выглядят следующим образом: с помощью специального кронштейна считывающая головка в радиальном (спиралевидном) направлении перемещается на нужную дорожку и при повороте позиционируется над заданным сектором, причем все головки могут перемещаться одновременно, считывая одинаковую информацию не только с разных дорожек, но и с разных дисков (пластин). Все дорожки с одинаковыми порядковыми номерами принято называть цилиндрами.

При этом можно выделить еще один принцип работы жёсткого диска: чем ближе считывающая головка к магнитной поверхности (но не касается ее), тем выше плотность записи.

Как работает запись и чтение информации в жёстком диске

Жёсткие диски, потому и называются магнитными, так как в них используются законы физики магнетизма, сформулированные еще Фарадеем и Максвеллом.

Пластины из немагниточувствительного материала наносится магнитное покрытие, толщина которого составляет всего лишь несколько микрометров. В процессе работы возникает магнитное поле, имеющее так называемую доменную структуру.

Магнитный домен представляет собой строго ограниченную границами намагниченную область ферросплава.

Далее принцип работы жёсткого диска кратко можно описать так: при возникновении воздействия внешнего магнитного поля, собственное поле диска начинает ориентироваться строго вдоль магнитных линий, а при прекращении воздействия на дисках появляются зоны остаточной намагниченности, в которой и сохраняется информация, которая ранее содержалась в основном поле.

За создание внешнего поля при записи отвечает считывающая головка, а при чтении зона остаточной намагниченности, оказавшись напротив головки, создает электродвижущую силу или ЭДС. Далее все просто: изменение ЭДС соответствует единице в двоичном коде, а его отсутствие или прекращение – нулю. Время изменения ЭДС принято называть битовым элементом.

Самые стандартные законы физики, о чём я и говорил в самом начале данной статьи!

Про жёсткие диски ещё многое можно сказать, это очень большая и обширная тема, которую невозможно рассмотреть в пределах одной статьи(либо она будет безумно длинной с кучей непонятных понятий и терминов). Мы ещё не один раз будем возвращаться к накопителям в принципе и к жёстким дискам в частности и разберёмся в этой теме от и до, поэтому оставайтесь с нами, тут будет ещё много интересного!

Спасибо за прочтение!