Современная классификация жестких дисков. Сколько стоят устройства. Универсальная последовательная шина

Жёсткий диск - простая и маленькая "коробочка" с виду, хранящая огромные объёмы информации в компьютере любого современного пользователя.

Именно таковой она кажется снаружи: достаточно незамысловатой вещицей. Редко кто при записи, удалении, копировании и прочих действий с файлами различной важности задумывается о принципе взаимодействия жёсткого диска с компьютером. А если ещё точнее - непосредственно с самой материнской платой.

Как эти компоненты связаны в единую бесперебойную работу, каким образом устроен сам жесткий диск, какие разъемы подключения у него есть и для чего каждый из них предназначен - это ключевая информация о привычном для всех устройстве хранения данных.

Интерфейс HDD

Именно этим термином можно корректно называть взаимодействие с материнской платой. Само же слово имеет гораздо более широкое значение. К примеру, интерфейс программы. В этом случае подразумевается та часть, которая обеспечивает способ взаимодействия человека с ПО (удобный «дружелюбный» дизайн).

Однако же интерфейс интерфейсу рознь. В случае с HDD и материнской платой он представляет не приятное графическое оформление для пользователя, а набор специальных линий и протоколов передачи данных. Друг к другу эти компоненты подключаются при помощи шлейфа - кабеля со входами на обоих концах. Они предназначены для соединения с портами на жёстком диске и материнской плате.

Иными же словами, весь интерфейс на этих устройствах - два кабеля. Один подключается в разъем питания жесткого диска с одного конца и к самому БП компьютера с другого. А второй из шлейфов соединяет HDD с материнской платой.

Как в былые времена подключали жёсткий диск - разъем IDE и другие пережитки прошлого

Самое начало, после которого появляются более совершенные интерфейсы HDD. Древний по нынешним меркам появился на рынке примерно в 80-х годах прошлого столетия. IDE дословно в переводе означает «встроенный контроллер».

Будучи параллельным интерфейсом данных, его ещё принято называть ATA - Однако стоило со временем появиться новой технологии SATA и завоевать гигантскую популярность на рынке, как стандартный ATA был переименован в PATA (Parallel ATA) во избежание путаниц.

Крайне медленный и совсем уж сырой по своим техническим возможностям, этот интерфейс в годы своей популярности мог пропускать от 100 до 133 мегабайта в секунду. И то лишь в теории, т. к. в реальной практике эти показатели были ещё скромнее. Конечно же, более новые интерфейсы и разъемы жестких дисков покажут ощутимое отставание IDE от современных разработок.

Думаете, не стоит преуменьшать и привлекательных сторон? Старшие поколения наверняка помнят, что технические возможности PATA позволяли обслуживать сразу два HDD при помощи только одного шлейфа, подключаемого к материнской плате. Но пропускная способность линии в таком случае аналогично распределялась пополам. И это уже не упоминая ширины провода, так или иначе препятствующую своими габаритами потоку свежего воздуха от вентиляторов в системном блоке.

К нашему времени IDE уже закономерно устарел как в физическом, так и в моральном плане. И если до недавнего времени этот разъём встречался на материнских платах низшего и среднего ценового сегмента, то теперь сами производители не видят в нём какой-либо перспективы.

Всеобщий любимец SATA

На длительное время IDE стал наиболее массовым интерфейсом работы с накопителями информации. Но технологии передачи и обработки данных долго на месте не застаивались, предложив вскоре концептуально новое решение. Сейчас его можно встретить практически у любого владельца персонального компьютера. И название ему - SATA (Serial ATA).

Отличительные особенности этого интерфейса - параллельная низкое энергопотребление (сравнительно с IDE), меньший нагрев комплектующих. За всю историю своей популярности SATA пережил развитие в три этапа ревизий:

1. SATA I - 150 мб/c.
2. SATA II - 300 мб/с.
3. SATA III - 600 мб/с.

К третьей ревизии также была разработана пара обновлений:

• 3.1 - более усовершенствованная пропускная способность, но всё так же ограниченная лимитом в 600 мб/с.
• 3.2 со спецификацией SATA Express - успешно реализованное слияние SATA и PCI-Express устройств, позволившее увеличить скорость чтения/записи интерфейса до 1969 мб/с. Грубо говоря, технология является «переходником», который переводит обычный режим SATA на более скоростной, которым и обладают линии PCI-разъёмов.

Реальные же показатели, разумеется, явно отличались от официально заявленных. В первую очередь это обуславливает избыточная пропускная способность интерфейса - многим современным накопителям те же 600 мб/с излишне, т. к. они изначально не разработаны для работы на такой скорости чтения/записи. Лишь с течением времени, когда рынок постепенно будет полниться высокоскоростными накопителями с невероятными для сегодняшнего дня показателями скорости работы, технический потенциал SATA будет задействован в полном объёме.

И наконец, были доработаны многие физические аспекты. SATA рассчитан на использование более длинных кабелей (1 метр против 46 сантиметров, которыми подключались жесткие диски с разъемом IDE) с гораздо компактными размерами и приятным внешним видом. Обеспечена поддержка «горячей замены» HDD - подключать/отсоединять их можно и без отключения питания компьютера (правда, предварительно всё же необходимо активировать режим AHCI в BIOS).

Возросло и удобство подключения шлейфа к разъёмам. При этом все версии интерфейса обратно совместимы друг с другом (жёсткий диск SATA III без проблем подключается к II на материнской плате, SATA I - к SATA II и т. д.). Единственный нюанс - максимальная скорость работы с данными будет ограничена наиболее «старым» звеном.

Обладатели старых устройств также не останутся в стороне - существующие переходники с PATA на SATA переменно спасут от более дорогостоящей покупки современного HDD или новой материнской платы.

External SATA

Но далеко не всегда стандартный жёсткий диск подходит под задачи пользователя. Бывает необходимость в хранении больших объёмов данных, которым требуется использование в разных местах и, соответственно, транспортировка. Для таких случаев, когда с одним накопителем приходится работать не только лишь дома, и разработаны внешние жёсткие диски. В связи со спецификой своего устройства, им требуется совсем другой интерфейс подключения.

Таковым является ещё разновидность SATA, созданной под разъемы внешних жестких дисков, с приставкой external. Физически этот интерфейс не совместим со стандартными SATA-портами, однако при этом обладает аналогичной пропускной способностью.

Присутствует поддержка «горячей замены» HDD, а длина самого кабеля увеличена до двух метров.

В изначальном варианте eSATA позволяет лишь обмениваться информацией, без подачи в соответствующий разъем внешнего жесткого диска необходимой электроэнергии. Этот недостаток, избавляющий от необходимости использования сразу двух шлейфов для подключения, был исправлен с приходом модификации Power eSATA, совместив в себе технологии eSATA (отвечает за передачу данных) с USB (отвечает за питание).

Универсальная последовательная шина

Фактически став наиболее распространённым стандартом последовательного интерфейса подключения цифровой техники, Universal Serial Bus в наши дни известен каждому.

Перенеся долгую историю постоянных крупных изменений, USB - это высокая скорость передачи данных, обеспечение электропитанием беспрецедентное множество периферийных устройств, а также простота и удобство в повседневном использовании.

Разрабатываемый такими компаниями, как Intel, Microsoft, Phillips и US Robotics, интерфейс стал воплощением сразу нескольких технических стремлений:

• Расширение функционала компьютеров. Стандартная периферия до появления USB была достаточно ограничена в разнообразии и под каждый тип требовался отдельный порт (PS/2, порт для подключения джойстика, SCSI и т. д.). С приходом USB задумывалось, что он и станет единой универсальной заменой, существенно упростив взаимодействие устройств с компьютером. Более того, предполагалось также этой новой для своего времени разработкой стимулировать появление нетрадиционных периферийных устройств.
• Обеспечить подключение мобильных телефонов к компьютерам. Распространяющая в те годы тенденция перехода мобильных сетей на цифровую передачу голоса выявила, что ни одни из разработанных тогда интерфейсов не мог обеспечить передачу данных и речи с телефона.
• Изобретение комфортного принципа «подключи и играй», пригодные для «горячего подключения».

Как и в случае с подавляющим большинством цифровой техники, USB-разъем для жесткого диска за долгое время стал полностью привычным для нас явлением. Однако в разные года своего развития этот интерфейс всегда демонстрировал новые вершины скоростных показателей чтения/записи информации.

Версия USB	Описание	Пропускная способность
	Первый релизный вариант интерфейса после нескольких предварительных версий. Выпущен 15 января 1996 года.	Режим Low-Speed: 1.5 Мбит/с Режим Full-Speed: 12 Мбит/с
	Доработка версии 1.0, исправляющая множество её проблем и ошибок. Выпущенная в сентябре 1998 года, впервые получила массовую популярность.
	Выпущенная в апреле 2000 года, вторая версия интерфейса располагает новым более скоростным режимом работы High-Speed.	Режим Low-Speed: 1.5 Мбит/с Режим Full-Speed: 12 Мбит/с Режим High-Speed: 25-480 Мбит/с
	Новейшее поколение USB, получившее не только обновлённые показатели пропускной способности, но и выпускаемая в синем/красном цвете. Дата появления - 2008 год.	До 600 Мбайт в секунду
	Дальнейшая разработка третьей ревизии, вышедшая в свет 31 июля 2013 года. Делится на две модификации, которые могут обеспечить любой жёсткий диск с USB-разъёмом максимальной скорость до 10 Гбит в секунду.	USB 3.1 Gen 1 - до 5 Гбит/с USB 3.1 Gen 2 - до 10 Гбит/с

Помимо этой спецификации, различные версии USB реализованы и под разные типы устройств. Среди разновидностей кабелей и разъёмов этого интерфейса выделяют:

USB 2.0	Стандартный

USB 3.0 уже мог предложить ещё один новый тип - С. Кабели этого типа симметричны и вставляются в соответствующее устройство с любой стороны.

С другой стороны, третья ревизия уже не предусматривает Mini и Micro «подвиды» кабелей для типа А.

Альтернативный FireWire

При всей своей популярности, eSATA и USB - ещё не все варианты того, как подключить разъем внешнего жесткого диска к компьютеру.

FireWire - чуть менее известный в народных массах высокоскоростной интерфейс. Обеспечивает последовательное подключение внешних устройств, в поддерживаемое число которых также входит и HDD.

Его свойство изохронной передачи данных главным образом нашло своё применение в мультимедийной технике (видеокамеры, DVD-проигрыватели, цифровая звуковая аппаратура). Жёсткие диски им подключают гораздо реже, отдавая предпочтение SATA или более совершенному USB-интерфейсу.

Свои современные технические показатели эта технология приобретала постепенно. Так, исходная версия FireWire 400 (1394a) была быстрее своего тогдашнего главного конкурента USB 1.0 - 400 мегабит в секунду против 12. Максимально допустимая длина кабеля - 4.5 метра.

Приход USB 2.0 оставил соперника позади, позволяя обменивать данные со скоростью 480 мегабит в секунду. Однако с выходом нового стандарта FireWire 800 (1394b), позволявший передавать 800 мегабит в секунду с максимальной длинной кабеля в 100 метров, USB 2.0 на рынке была менее востребована. Это спровоцировало разработку третьей версии последовательной универсальной шины, расширившей потолок обмена данных до 5 гбит/с.

Кроме этого, отличительной особенностью FireWire является децентрализованность. Передача информации через USB-интерфейс обязательно требует наличие ПК. FireWire же позволяет обмениваться данными между устройствами без обязательного привлечения компьютера к процессу.

Thunderbolt

Своё видение того, какой разъем жесткого диска должен в будущем стать безоговорочным стандартом, показала компания Intel совместно с Apple, представив миру интерфейс Thunderbolt (или, согласно его старому кодовому названию, Light Peak).

Построенная на архитектурах PCI-E и DisplayPort, эта разработка позволяет передавать данные, видео, аудио и электроэнергию через один порт с по-настоящему впечатляющей скоростью - до 10 Гб/с. В реальных тестах этот показатель был чуть скромнее и доходил максимум до 8 Гб/с. Тем не менее даже так Thunderbolt обогнал свои ближайшие аналоги FireWire 800 и USB 3.0, не говоря уже и о eSATA.

Но столь же массового распространения эта перспективная идея единого порта и коннектора пока что не получила. Хотя некоторыми производителями сегодня успешно встраиваются разъемы внешних жестких дисков, интерфейс Thunderbolt. С другой стороны, цена за технические возможности технологии тоже сравнительно немалая, поэтому и встречается эта разработка в основном среди дорогостоящих устройств.

Совместимость с USB и FireWire можно обеспечить при помощи соответствующих переходников. Такой подход не сделает их более быстрыми в плане передачи данных, т. к. пропускная способность обоих интерфейсов всё равно останется неизменной. Преимущество здесь только одно - Thunderbolt не будет ограничивающим звеном при подобном подключении, позволив задействовать все технические возможности USB и FireWire.

SCSI и SAS - то, о чём слышали далеко не все

Ещё один параллельный интерфейс подключения периферийных устройств, сместивший в один момент акцент своего развития с настольных компьютеров на более широкий спектр техники.

«Small Computer System Interface» был разработан чуть ранее SATA II. К моменту выхода последнего, оба интерфейса по своим свойствам были практически идентичными друг другу, способные обеспечить разъем подключения жесткого диска стабильной работой с компьютеров. Однако SCSI использовал в работе общую шину, из-за чего с контроллером могло работать лишь одно из подключённых устройств.

Дальнейшая доработка технологии, которая приобрела новое название SAS (Serial Attached SCSI), уже была лишена своего прежнего недостатка. SAS обеспечивает подключение устройств с набором управляемых команд SCSI по физическому интерфейсу, который аналогичен тому же SATA. Однако более широкие возможности позволяют подключать не только лишь разъемы жестких дисков, но и многую другую периферию (принтеры, сканеры и т. д.).

Поддерживается «горячая замена» устройств, расширители шины с возможностью одновременного подключения нескольких SAS-устройств к одному порту, а также предусмотрена обратная совместимость с SATA.

Перспективы NAS

Интереснейший способ работы с большими объёмами данных, стремительно набирающий популярность в кругах современных пользователей.

Или же сокращённо NAS представляют собой отдельный компьютер с некоторым дисковым массивом, который подключен к сети (зачастую к локальной) и обеспечивает хранение и передачу данных среди других подключённых компьютеров.

Выполняя роль сетевого хранилища, к другим устройствам этот мини-сервер подключается по обыкновенному Ethernet-кабелю. Дальнейший доступ к его настройкам осуществляется через любой браузер с подключением к сетевому адресу NAS. Имеющиеся данные на нём можно использовать как по Ethernet-кабелю, так и при помощи Wi-Fi.

Эта технология позволяет обеспечить достаточно надёжный уровень хранения информации и предоставлять к ней удобный лёгкий доступ для доверенных лиц.

Особенности подключения жёстких дисков к ноутбукам

Принцип работы HDD со стационарным компьютером предельно прост и понятен каждому - в большинстве случаев требуется соответствующим кабелем соединить разъемы питания жесткого диска с блоком питания и аналогичным образом подключить устройство к материнской плате. При использовании внешних накопителей можно вообще обойтись всего одним шлейфом (Power eSATA, Thunderbolt).

Но как правильно использовать разъемы жестких дисков ноутбуков? Ведь иная конструкция обязывает учитывать и несколько иные нюансы.

Во-первых, для подключения накопителей информации прямиком «внутрь» самого устройства следует учитывать то, что форм-фактор HDD должен быть обозначен как 2.5”

Во-вторых, в ноутбуке жесткий диск подсоединяется к материнской плате напрямую. Без каких-либо дополнительных кабелей. Достаточно просто открутить на дне предварительно выключенного ноутбука крышку для HDD. Она имеет прямоугольный вид и обычно крепится парой болтов. Именно в ту ёмкость и нужно помещать устройство хранения.

Все разъемы жестких дисков ноутбуков абсолютно идентичны своим более крупным «собратьям», предназначенных для ПК.

Ещё один вариант подключения - воспользоваться переходником. К примеру, накопитель SATA III можно подключить к USB-портам, установленным на ноутбуке, при помощи переходного устройства SATA-USB (на рынке представлено огромное множество подобных устройств для самых разных интерфейсов).

Достаточно лишь подсоединить HDD к переходнику. Его, в свою очередь, подключить к розетке 220В для подачи электропитания. И уже кабелем USB соединить всю эту конструкцию с ноутбуком, после чего жесткий диск будет отображаться при работе как ещё один раздел.

Во время запуска компьютера, набор микропрограмм, записанных в микросхеме BIOS, производит проверку оборудования. Если все в порядке, он передает управление загрузчику операционной системы. Дальше ОС загружается и вы начинаете пользоваться компьютером. При этом — где до включения компьютера хранилась операционная система? Каким образом ваш реферат, который вы писали всю ночь, остался цел после отключения питания ПК? Снова же — где он хранится?

Ладно, вероятно я слишком загнул и вы все прекрасно знаете, что данные компьютера хранятся на жестком диске. Тем не менее что он из себя представляет и как работает не все знают, и поскольку вы здесь, делаем вывод, что хотели бы узнать. Что же, давайте разбираться!

Что такое жесткий диск

По традиции, давайте подсмотрим определение жесткого диска в Википедии:

Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) — запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.

Используются в подавляющем большинстве компьютеров, а также как отдельно подключаемые устройства для хранения резервных копий данных, в качестве файлового хранилища и т.п.

Чуть-чуть разберемся. Мне нравится термин «накопитель на жестких магнитных дисках «. Эти пять слов передают всю суть. HDD — устройство, предназначение которого длительное время хранить записанные на него данные. Основой HDD являются жесткие (алюминиевые) диски со специальным покрытием, на которое при помощи специальных головок записывается информация.

Не буду рассматривать в деталях сам процесс записи — по сути это физика последних классов школы, и вникать в это, уверен, у вас желания нет, да и статья совсем не о том.

Также обратим внимание на фразу: «произвольного доступа » что, грубо говоря, означает, что мы (компьютер) можем в любое время считать информацию с любого участка ЖД.

Важным является тот факт, что память HDD не энергозависима, то есть не важно подключено питание или нет, записанная на устройство информация никуда не исчезнет. Это важное отличие постоянной памяти компьютера, от временной ().

Взглянув на жесткий диск компьютера в жизни, вы не увидите ни дисков, ни головок, так как все это скрыто в герметичном корпусе (гермозона). Внешне винчестер выглядит так:

Для чего компьютеру нужен жесткий диск

Рассмотрим что такое HDD в компьютере, то есть какую роль он играет в ПК. Понятно, что он хранит данные но, как и какие. Здесь выделим такие функции НЖМД:

• Хранение ОС, пользовательского ПО и их настроек;
• Хранение файлов пользователя: музыка, видео, изображения, документы и т.д;
• Использование части объема жесткого диска, для хранения данных не помещающихся в ОЗУ (файл подкачки) или хранение содержимого оперативной памяти во время использования режима сна;

Как видим, жесткий диск компьютера не просто свалка из фотографий, музыки и видео. На нем хранится вся операционная система, и помимо этого ЖД помогает справляться с загруженностью ОЗУ, беря на себя часть ее функций.

Из чего состоит жесткий диск

Мы частично упоминали о составных жесткого диска, сейчас разберемся с этим детальнее. Итак, основные составляющие HDD:

• Корпус — защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали;
• Диски (блины) — пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным — от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких;
• Двигатель — на шпинделе которого закреплены блины;
• Блок головок — конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая;
• Устройство позиционирования (актуатор ) — механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок;
• Контроллер — электронная микросхема управляющая работой HDD;
• Парковочная зона — место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов.

Такое вот незамысловатое устройство жесткого диска. Сформировалось оно много лет назад, и никаких принципиальных изменений в него уже давно не вносились. А мы идем дальше.

Как работает жесткий диск

После того, как на HDD подается питание двигатель, на шпинделе которого закреплены блины, начинает раскручиваться. Набрав скорость, при которой у поверхности дисков образовывается постоянный поток воздуха, начинают двигаться головки.

Данная последовательность (сначала раскручиваться диски, а затем начинают работать головки) необходима для того, чтобы за счет образовавшегося потока воздуха, головки парили над пластинами. Да, они никогда не касаются поверхности дисков, иначе последние были бы моментально повреждены. Тем не менее, расстояние от поверхности магнитных пластин до головок настолько маленькое (~10 нм), что вы не увидите его невооруженным глазом.

После запуска, в первую очередь происходит считывание служебной информации о состоянии жесткого диска и других необходимых сведениях о нем, находящихся на так называемой нулевой дорожке. Только затем начинается работа с данными.

Информация на жестком диске компьютера записывается на дорожки которые, в свою очередь, разбиты на сектора (такая себе разрезанная на кусочки пицца). Для записи файлов несколько секторов объединяют в кластер, он и является наименьшим местом, куда может быть записан файл.

Кроме такого «горизонтального» разбиения диска, есть еще условное «вертикальное». Поскольку все головки объединены, они всегда позиционируются над одной и той же по номеру дорожкой, каждая над своим диском. Таким образом, во время работы HDD головки как бы рисуют цилиндр:

Пока HDD работает, по сути он выполняет две команды: чтение и запись. Когда необходимо выполнить команду записи, происходит вычисление области на диске куда она будет производится, затем позиционируются головки и, собственно, выполняется команда. Затем результат проверяется. Кроме записи данных прямо на диск, информация также попадает в его кеш.

Если контроллеру поступает команда на чтение, в первую очередь происходит проверка наличия требуемой информации в кеше. Если ее там нет, снова происходит вычисление координат для позиционирования головок, дальше, головки позиционируется и считывают данные.

После завершения работы, когда питание винчестера исчезает, происходит автоматическая парковка головок в парковочных зоне.

Вот так в общих чертах и работает жесткий диск компьютера. В действительности же все намного сложнее, но обычному пользователю, скорее всего, такие подробности не нужны, поэтому закончим с этим разделом и пойдем дальше.

Виды жестких дисков и их производители

На сегодняшний день, на рынке существует фактически три основных производителя жестких дисков: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Они полностью покрывают спрос на устройства всех видов и требований. Остальные компании либо разорились, либо были поглощены кем-то из основной тройки, или перепрофилировались.

Если говорить о видах HDD, их можно разделить таким образом:

1. Для ноутбуков — основной параметр — размер устройства в 2,5 дюйма. Это позволяет им компактно размещаться в корпусе лептопа;
2. Для ПК — в этом случае также возможно использование 2,5″ жестких дисков, но как правило, используются 3,5 дюйма;
3. Внешние жесткие диски — устройства, отдельно подключаемые к ПК/ноутбуку, чаще всего выполняющие роль файлового хранилища.

Также выделяют особый тип жестких дисков — для серверов. Они идентичны обычным ПКшным, но могут отличаются интерфейсами для подключения, и большей производительностью.

Все остальные разделения HDD на виды происходят от их характеристик, поэтому рассмотрим их.

Характеристики жестких дисков

Итак, основные характеристики жесткого диска компьютера:

• Объем — показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб — 1 Тб;
• Форм-фактор — размер жестокого диска. Самые распространенные — 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных;
• Скорость вращения шпинделя — с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость — тем больше оба значения;
• Интерфейс — способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS;
• Объем буфера (кеш-память) — тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб;
• Время произвольного доступа — то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс;

Кроме приведенных характеристик также можно встретить такие показатели как.

Ассортимент жестких дисков настолько огромен, что разобраться, какой винчестер выбрать для той или иной задачи, бывает очень непросто. Поэтому я попробовал написать своего рода краткий путеводитель по миру жестких дисков, в котором расскажу о направлениях развития индустрии “винтов” и дам примеры использования тех или иных моделей.

Я не будут особенно глубоко вдаваться в историю и повествовать обо всем, что было изобретено и реализовано за более чем полувековую историю, а расскажу преимущественно о том, с чем может столкнуться современный пользователь, придя в магазин или заглянув в системный блок.

Со времени создания первого HDD (Hard Disk Drive) многое изменилось. Напомню, что за столь долгий срок неизменным остался лишь принцип работы – вращающиеся намагниченные пластины и считывающие с них информацию головки – именно это объединяет все модели.

Количество производителей винчестеров постоянно сокращается – постоянные поглощения и слияния привели к тому, что производителей осталось всего трое – Western Digital, Seagate и Toshiba, причем на первые два приходится более 90% доли рынка. С другой стороны, количество моделей, отличающихся размерами и техническими характеристиками, постоянно растет.

Seagate, Western Digital, Toshiba - все, кто сумел выжить в тяжелой конкурентной борьбе

А все потому, что область применения становится все шире, а требования все жестче. Появляются модификации особого назначения для эксплуатации в разных устройствах помимо компьютера.

Форм-фактор 3,5 и 2,5 дюйма.

Все многообразие винчестеров можно условно разбить на две большие категории, определяемые размерами (шириной) устройства в дюймах. Другими словами, существуют так называемые “большие” жесткие диски – 3,5 дюйма, и маленькие – 2,5 дюйма. Чем больше накопитель, тем больше размер каждой пластины в нем, и тем больше информации помещается на устройстве.

Максимальный объем «больших» хардов достиг 10 Тбайт, в то время как у большинства «мелких» емкость ограничилась одним терабайтом (в продаже можно найти модели и на 2 Тбайт – он они слишком дороги).

Сравнение двух- и трехдюймовых HDD.
Разница в размерах и весе видна невооруженным глазом.
Также отличаются тепловыделение, уровень шума и энергопотребление

Первая группа (3,5 дюйма) используется в обычных стационарных компьютерах. В любом десктопе стоит именно такое устройство, на котором и хранятся как операционная система, так и файлы пользователя – изображения, видео, музыка и документы.

«Малышей» же устанавливают преимущественно в ноутбуки. Благодаря своим размерам, они не занимают много места, не сильно утяжеляют портативный ПК, а, кроме того, потребляют мало энергии, продлевая время работы от аккумулятора.

Однако “мелким винчестерам” находится и дополнительное применение – они часто используются в домашних медиаплеерах, позволяя записать огромное количество видео- и аудиоматериалов, во внешних жестких дисках, подключаемых напрямую к компьютеру (DAS), а также в сетевых файловых хранилищах (NAS).

NAS - типичный пример использования винчестера.
Данное файловое хранилище подключется по сети и несет в себе 4 жестких диска

Здесь мы подходим ко второму немаловажному отличию между этими группами – энергоэффективности. Если крохотные двухдюймовые устройства при нагрузке потребляют в пределах 2-2,5 Ватт (а на холостом ходу вообще меньше Ватта), то старшие собраться более прожорливы и могут кушать около 7-10 Ватт.

Это качество позволяет мелким собратьям обходится без внешнего источника питания, они запитываются прямо от USB-порта компьютера или даже смарфона (а также планшета). Напомню, что порт USB 2.0 при напряжении 5 Вольт выдает ток в 0,5 Ампера, то есть мощность, выдаваемая портом, составляет 2,5 Ватта (или 4,5 Ватта для USB 3.0).

Пример внешнего жесткого диска.
Для подключения используется порт USB.
Внутри находится 2,5-дюймовый винчестер

Именно по этой причине «малыши» очень часто используются во внешних винчестерах – мощности USB порта достаточно, чтобы прокормить устройство. То есть, такой накопитель самодостаточное устройство – ему требуется только короткий шнур для связи в компьютером.

А вот при использовании трехюймовых накопителей внешнее питание обязательно. Поэтому они мало подходят для удобной транспортировки – мало того, что в карман не положишь, так еще надо будет внешний блок питания носить с собой, а ведь он, порой, занимает места больше чем само устройство. Этим и объясняется популярность применения ноутбучных винчестеров в качестве портативных накопителей.

Внешний HDD 3,5 дюйма.
Блок питания по размерам сопоставим с самим устройством.
Ни о какой компактности и речи быть не может

Мультимедиа плееры используют оба класса. Но при этом компактные модели содержат 2,5-дюймовые винчестеры – это не только значительно уменьшает габариты, но и снижает энергопотребление, шум и вибрацию, что немаловажно при просмотре кино или прослушивании музыки. Если нужен бесшумный медиаплеер или хранилище – то такие винчестеры самый подходящий выбор.

Медиалеер - позволяет смотреть видео и слушать музыку.
Подключается к телевизору и имеет пульт.
Но внутри тот же винчестер 3,5 дюйма

Третье важное качество – вес. “Взрослые” модели весят довольно много, поэтому их применение исключено в портативных устройствах, жестких дисках, камерах, ноутбуках и т. д., в то время как “малыши” не оттягивают карман и не слишком утяжеляют технику.

Лилипуты 1,8 дюймов.

Также существуют и крохотные модели форм-фактора 1,8 дюйма. Их емкость еще меньше, но цена достаточно высока. Поэтому применялись они только там, где требуется исключительная компактность. Например, в портативных mp4 плеерах. Правда в связи с бурным развитием flash-памяти они все менее и менее востребованы. А в настоящий момент почти вытеснены флэшем.

Крохотный винчестер 1,8 дюйма (второй сверху).
Не выдержал конкуренции и вытестнен флэшем.
Снизу HDD 3,5 дюйма, на нем - HDD 2,5 дюйма

Интерфейсы SATA и IDE

Простым языком, интерфейс – это разъемы с помощью которых происходит подключение к материнской плате компьютера или к другому устройству.

Интерфейс IDE

Довольно древнее средство подключения жестких дисков. В продаже уже не найти таких HDD – они давно сняты с производства, однако на некоторых не самых новых моделях компьютеров все еще можно встретить такие винчестеры.

Отличаются тем, что через один кабель (шлейф) подключается два устройства. Причем на самих HDD перемычками (джамперами) требовалось выставлять какое устройство будет первичным, а какое вспомогательным. Старожилы отлично помнят, сколько нервов потрачено на правильную установку джамперов.

Шлейф для подключения двух IDE винчестеров к материнской плате

Максимальная пропускная способность – 133 Мбайт/с – современные модели уже давно превысили эту отметку. Как подключить такое устройство к современным платам, не обладающим соответствующим разъемом, можно прочитать в статье Как подключить старый IDE жесткий диск к новому компьютеру

Интерфейс SATA

Современный интерфейс подключения. Каждый винчестер соединяется отдельным кабелем, что избавляет от возни с настройкой (как в IDE). Кроме того, пропускная способность интерфейса значительно выше. Существуют несколько версий SATA, отличающихся только скоростью .

Подробная информация о том, как выглядят разъемы есть в статье “Как подключить жесткий диск к компьютеру ”.

Причем, если у IDE винчестеров 2-х и 3-х дюймовые экземпляры имели разные, не совместимые друг с другом разъемы, то у SATA оба класса устройств используют идентичные штекеры.

Толщина жесткого диска

В то время как у 3,5-дюймовых жестких дисков толщина важной роли не играет, у младших собратьев она имеет важное значение. Номинально ее значение у ноутбучных винчестеров составляет 9,5 мм.

Толщина HDD определяется количеством магнитных пластин. Чем больше пластин, тем больше емкость винчестера, но тем толще получится конечное устройство.

Портативные диски обычно несут от одной до трех пластин (“Большие диски” – трех до пяти пластин). Поэтому их толщина может варьироваться от 7 мм (с одной пластиной) до 12,5 мм (с тремя пластинами).

Стандартный и самый распространенный вариант – 9,5 мм при двух пластинах. Именно они используются в большинстве ноутбуков. При покупке более толстой (и более емкой) модели можно столкнуться с невозможностью установки в лэптоп – винчестер просто не поместится в соответствующем отсеке.

Сравнение моделей с толщиной 12,5 и 9,5 мм.
У первого на одну пластину больше.
В остальном модели не отличаются

Поэтому при покупке устройства для замены в ноутбуке обязательно нужно смотреть на толщину. Более того, в ультрабуках, отличающихся компактностью, устанавливаются диски толщиной всего 7 мм.

Но индустрия не стоит на месте, и производители уже представили винчестеры толщиной всего 5 мм (с одной пластиной). Но они только появляются на рынке и достаточно дороги.

С другой стороны, в портативных внешних винчестерах нет смысла гоняться за толщиной, поэтому в них иногда ставят харды 12,5 мм. При этом емкость может доходить до полутора и даже до двух терабайт.

Скорость вращения винчестеров.

Еще один важный момент, на который нужно обратить внимание при покупке винчестера – скорость вращения шпинделя (и пластин). У «медленных» моделей она находится в диапазоне 5200-5900 об/мин (стандартно – 5400 об/мин).

Такие модели не сильно греются, не шумят, почти не обладают вибрацией, однако и производительность их относительно невысока. Основное назначение – компьютеры и устройства со слабым или отсутствующим охлаждением, а также системы, главным требованием к которым является тишина – например медиацентры и плееры.

Более скоростная группа с частотой 7200 об/мин обладает более высокой производительностью, однако греется и шумит значительно выше. Но главной проблемой при домашнем использовании таких моделей является вибрация, о которой чуть ниже. Ранее на такие винчестеры устанавливалась операционная система – высокая скорость вращения обеспечивала низкое время доступа к информации, что положительно сказывалось отзывчивости системы.

Следующая группа винчестеров – 10 000 об/мин и более – экстремальная линейка жестких дисков, обладающая крайне высокой производительностью. Тепловыделение настолько высокое, что такие диски требуют отдельного радиатора.

Но с появлением SSD необходимость в винчестерах с высокой частотой вращения в домашнем секторе практически отпала. Система ставится на твердотельник, а данные хранятся на традиционном диске. Использование быстрых дисков оправдано лишь в корпоративном сегменте, где требования к шуму и вибрации невысоки, там на них по прежнему большой спрос.

Надо заметить, что модели последней группы особенно быстро вытесняются SSD. Скорость трердотельников несоизмеримо выше, даже по сравнению с самыми быстрыми образцами винчестеров - про это можно прочитать в статье Сравнение скоростей SSD и HDD . При этом они полностью бесшумны, потребляют меньше электричества и почти не греются, а цена на них зачастую даже ниже «быстрых HDD».

Результаты теста для SSD Vertex 3 и HDD Seagate 3 Тбайт.
Производительность SSD значительно выше

Благодаря развитию технологий и росту плотности записи на пластинах скорость чтения «тихоходных моделей» перевалила за 150-160 Мбайт/с, что выше чем у самых резвых экземпляров 1- или 2-летней давности. Так что медленным их можно называть только условно.

Емкость HDD

Особенность существующего положения на рынке заключатся в том, что ввиду технологических сложностей скорость роста емкости накопителей постоянно замедляется, поэтому не стоит в скором времени ждать огромного прироста, как это было ранее.

На данный момент максимум у 3,5-дюймовых винчестеров – 10 Тбайт, но самыми оптимальными по цене за гигабайт являются пятитерабайтные модели.

У ноутбучных винчестеров все намного проще. Если отбросить экзотические модели, то оптимальный объем – 1 Тбайт, и он же является максимальным в стандартном корпусе 9,5 мм. Для большинства целей – такого диска хватит с лихвой.

Уровень шума и вибрация

Часто одним из главных требований к эксплуатации дома является комфорт. Как бы странно это ни звучало, но на первое место по важности выходит низкий уровень шума, издаваемого накопителями.

Модели с низкой частотой вращения шпинделя обычно работают намного тише своих быстрых собратьев, которые издают постоянный низкочастотный свист. Кроме того, вибрация передается на корпус компьютера (или другого устройства), поэтому при работе двух и более устройств с высокой частотой в одном корпусе вибрация многократно усиливается.

Вам наверняка приходилось слышать раздражающий низкочастотный гул, издаваемый корпусом. Виновником являются именно быстрые HDD, работающие в паре (и большем количестве). Наилучшим решением является использование экономичных низкооборотистых моделей.

Температура и стабильное питание

Современные накопители – очень сложные электронные устройства, их долговечность сильно зависит от условий эксплуатации. Во-первых, диски (прежде всего 3,5-дюймовые) необходимо правильно охлаждать. Забившийся пылью радиатор в ноутбуке или неправильная организация движения потоков воздуха в десктопе могут привести к работе при повышенных температурах, что значительно сокращает срок жизни HDD.

Дополнительное охлаждение от Zalman.
Позволяет снизить температуру на 5-7 градусов.
Очень эффективное cредство в корпусах с плохой вентиляцией

Комфортная температура для накопителя – ниже 40 градусов. Диапазон 40-45 еще терпим, хоть и нежелателен. Крайне не рекомендуется использовать диск при более высоких температурах.

Посмотреть температуру можно штатными утилитами или сторонними программами, например, HD Tune или CrystalDiskInfo (обе бесплатные).

Второй немаловажный момент – стабильное питание – более актуален для стационарных компьютеров. Старый блок питания с подсохшими элементами, не сглаживающий скачки напряжения, может являться причиной выхода из строя винчестера.

Мне много раз приходилось слышать от покупателей много нелестных отзывов о производителях HDD, например, когда “умирают” два купленных подряд диска, но причина в конечном итоге оказывалась в некачественном или старом блоке питания, после замены которого все приходило в норму.

Гибриды

Рассказ был бы неполным без упоминания о гибридах. Это такой тип HDD в котором традиционный диск дополняется накопителем на flash-памяти небольшой емкости (за счет чего цена хоть и выше, но ненамного). Флэш-диск содержит самые частоиспользуемые файлы (или блоки) жесткого диска, повышая производительность. Емкость гибрида такая же, как и у обычных HDD, и намного больше объема SSD.

Но, по моему мнению, гибриды не особенно прижились. Если нужна экономия денег – лучше вообще обойтись без SSD, а если нужна производительность, лучше купить полноценный твердотельник.

Единственно место, где использование гибридов оправдано – в ноутбуках, они имеют только один отсек для накопителя и установить два устройства сразу не выйдет.

При использовании 3,5-дюймовых винчестеров я рекомендую использовать накопители серии Green производства Western Digital, работающие почти бесшумно, а для NAS (и медиалееров), а также при совместном применении двух и более накопителей, я рекомендую остановиться на серии Red этого же производителя.

Western Digital серии Red.
Замечательный представитель бесшумных винчестеров.

Вибрация в линейке Red сведена к минимуму, благодаря чему даже при одновременной работе четырех экземпляров вибрация и раздражающий низкочастотный гул будут незаметны.

Среди ноутбучных винчестеров довольно неплохи Hitachi серии Travelstar и WD серии Scorpio Blue. Важно лишь не забывать про толщину устройств в случае замены HDD на аналогичный большей емкости.

Устройства Seagate также неплохи, но обычно они чуть дороже (для 3,5 дюймовых моделей), и уровень шума у них чуть выше.

И не забывайте про правильную эксплуатацию любых HDD, не давайте винчестеру перегреваться, иначе жизнь его будет слишком скоротечной.

Жёсткий диск, HDD или винчестер – запоминающее устройство для постоянного хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. HDD расшифровывается как Hard Disk Drive , отсюда и название – жёсткий: внутри корпуса устройства находятся диски из металла или стекла, на которых нанесено магнитное напыление. Именно на этот слой и записываются данные.

Сегодня на рынке HDD формата 3.5 дюйма представлены очень широко, причём есть разнообразие не только в объёме винчестеров, но и в скорости их работы, внутреннем устройстве, типе. В этих параметрах стоит разобраться, чтобы понять, какой жёсткий диск лучше приобрести.

Устройство и типы жёстких дисков

Как было сказано выше, жёсткий диск предназначен для постоянного хранения информации, и отличие его памяти от ОЗУ в том, что она энергонезависима – то есть сохраняется на носителе при отключении питания. Жёсткий диск представляет собой электромеханическое устройство, то есть имеет движущиеся детали, и состоит из нескольких основных частей.

Это интегральная схема, которая управляет процессами записи/чтения и работой диска. Она устанавливается поверх основного корпуса диска. В самом же корпусе спрятано сердце винчестера, состоящее из шпинделя (электромотора), который вращает диск; считывающей головки (коромысла), которое подвижно и считывает информацию непосредственно с поверхности носителя, и самих магнитных дисков памяти (их может быть разное количество, располагаются они один над другим, слоями).

На рынке сейчас распространены три типа жёстких дисков:

Дорогие модели HDD могут отличаться от дешёвых при равном объёме именно скоростью передачи данных, она будет заметно выше, благодаря многим факторам: может быть лучше оптимизирована кэш-память, иначе организован электро-механический узел, разное количество магнитных дисков на равный объём. Также зачастую дорогие диски более надёжны и устойчивы к внешним воздействиям.

Скорость передачи данных – совокупный результат всех остальных параметров и применённых в диске технологий, поэтому, если ваш выбор зависит в основном от скорости диска, то удобно ориентироваться именно по нему. Чем более диск скоростной, тем он будет дороже.

Какой объём выбрать?

· 250 - 500 ГБ – стоит выбрать как бюджетный вариант, или в офисный пк, когда не требуется большого объёма для хранения медиа-файлов. Для установки программ и системы, впрочем, места вполне хватит. Также небольшой объём, в случае скоростной модели, можно использовать исключительно для установки операционной системы, а данные хранить на более медленно диске большего объёма.
· 1 Тб - 4 ТБ – такой объём подойдёт для домашнего компьютера, хватит для хранения большой коллекции фильмов в hd-разрешениях. Объём минимум в 1 ТБ сейчас является стандартным для рядового пользователя.
· 5 - 10 Тб – максимальный объём для жёстких магнитных дисков на сегодня. Обойдётся вам весьма дорого, и скорее необходим при работе с большими объёмами файлов, например, при профессиональном монтаже. Как вариант – создание RAID массива такого же объёма из дисков по 1-2 ТБ, что позволит увеличить скорость.

На что ещё обратить внимание?

· Оптимизация под RAID-массив . Понадобится, если вы хотите создать массив из нескольких дисков. Смысл в том, что вместо нескольких отдельных дисков система начинает видеть один объединённый, что в разных типах массива повышает скорость или надёжность. Однозначно стоит выбирать, если вам нужна максимальная надёжность или максимальная скорость в массиве.

Жесткие диски делятся на классы по нескольким признакам. Во-первых, по типу интерфейса - SCSI, ATA и Serial AT. SCSI-интерфейс предназначен для организации сложных многокомпонентных дисковых подсистем; он позволяет подключить на один канал до 32 устройств, технически сложнее, дороже в реализации и «интеллектуальнее», чем ATA. Интерфейс ATA предназначен для организации простых дисковых подсистем (до двух устройств на канал), значительно проще и дешевле в реализации и менее «интеллектуален». На сегодня SCSI-диски применяются в серверах и мощных рабочих станциях, ATA-диски - в обычных настольных ПК, переносных компьютерах и в последнее время в цифровой бытовой электронике (например, в цифровых видеомагнитофонах или CD/MP3_проигрывателях). Интерфейс Serial AT является дальнейшим развитием ATA-интерфейса и предназначен для того же сектора применения. Основным отличием от ATA-интерфейса является переход на последовательную передачу данных (ATA-интерфейс ─ параллельный) и поддержка горячего подключения/отключения устройств, т.е. без обесточивания системы. Также увеличена скорость передачи данных, до 150 Мбайт/с и выше у Serial AT, против 133 Мбайт/с у ATA.

Во-вторых, по типоразмеру накопителей - 3,5_ или 2,5_дюйм. 3,5_дюймовые SCSI_накопители и ATA-диски применяются в настольных ПК и других стационарных устройствах, 2,5_дюйм - в ноутбуках и прочих переносных системах.

В-третьих, по скорости вращения шпинделя. Быстрее всех вращаются SCSI-диски - 15 тыс., 10 тыс. и 7200 об./мин, за ними следуют 3,5-дюйм ATA-диски - 10 тыс., 7200 и 5400 об./мин, и, наконец, 2,5-дюйм ATA-диски - 7200, 5400 и 4200 об./мин.

Основные характеристики жестких дисков.

Емкость жесткого диска. (Гбайт.)

Интерфейс.

Скорость вращения пластин. (об/мин)

Объём буфера. (Мбайт)

Плотность записи. (Гбайт/Пластина)

Среднее/Максимальное время поиска. (мс)

Время смены дорожки, чтение/запись. (мс)

Внутренняя скорость передачи данных. (Мбайт/с)

Потребляемая мощность. (Вт)

Типичный уровень шума.

Ударостойкость в рабочем и нерабочем состоянии.

Ведущие изготовители и их модельные ряды

Совсем недавно жесткие диски для настольных компьютеров выпускало довольно много фирм: Fujitsu, IBM, Maxtor, Quantum, Samsung, Seagate и Western Digital. Но после двух затяжных кризисов отрасли и обострения конкурентной борьбы число производителей дисков для настольных компьютеров сократилось до пяти: Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate и Western Digital. Вот несколько примеров жестких дисков ведущих производителей (Таблица 1):

Таблица 1.

Современные модели жестких дисков основных производителей.

Производитель		Емкость, Гбайт.	Интерфейс	Скорость вращения, об/мин	Объём буфера, Мбайт	Плотность записи, Гбайт/пластина
	DiamondMax Plus 9
	Barracuda 7200.7
	Barracuda 7200.7 SATA

Накопители на компакт-дисках.

В компакт-диске данные записываются на очень узкую (в 100 раз тоньше человеческого волоса) спиральную дорожку, которая идет от наружного диаметра диска к внутреннему (полная длина, если ее развернуть, составит 5 км). Любой диск имеет прозрачную поликарбонатную подложку, которая придает ему жесткость (кроме того, благодаря ее наличию царапины на поверхности диска оказываются вне фокальной плоскости считывающего лазера), отражающий металлический слой и защитный слой акрилового пластика. Когда накопитель CD-ROM производит считывание с диска, он фактически считывает последовательность микроскопических углублений на металлической пластине, находящейся внутри пластикового покрытия компакт-диска. Углубления и ровные участки действуют аналогично магнитным зарядам на гибком диске. Вместо головки считывания-записи на поверхность направляется лазерный луч. Когда луч попадает на ровный участок, он отражается, что регистрируется как нуль. Если луч попадает в углубление, он рассеивается, что регистрируется как единица.

Основным стандартом, определяющим логический и файловый формат записи компакт-дисков, является международная спецификация ISO 9660. Время доступа к данным для различных моделей колеблется от 150 до 400 мс. Емкость компакт дисков составляет около 650 Мбайт.

Скорость передачи данных для привода определяется скоростью вращения диска и плотностью записанных на нем данных. Обычно она указывается в сравнении со стандартом Audio CD (CD-DA), для которого скорость считывания данных составляет порядка 150 Кбайт/с., который принимается за скорость 1х. При этом обозначение числа скоростей стало означать максимальную скорость считывания на внешних дорожках диска. Запись информации на CD начинается с внутренних дорожек, поэтому на не заполненных до конца дисках максимальная скорость не достигается. Так, у 34-скоростного привода скорость считывания может меняться от 2,8 Мбайт/с на внутренних до 5,3 Мбайт/с на внешних дорожках. Погоня за излишне высокой скоростью привода CD-ROM часто оборачивается плохой читаемостью дисков невысокого качества из-за проблем с их балансировкой.