Что такое жесткий диск Какие виды бывают, устройство, характеристики

Сохранность данных на компьютере играет критически важную роль как в личной, так и в профессиональной сферах. Утрата данных может привести к серьезным последствиям, таким как потеря важных документов, личных фотографий, финансовых отчетов или деловой информации. Использование надежного оборудования обеспечивает защиту данных и предотвращение потенциальных убытков. Рассказываем о самом распространенном устройстве хранения данных.

Что такое жесткий диск

Жесткий диск (HDD, Hard Disk Drive) — это устройство для хранения данных, использующее магнитный метод записи. HDD предлагают большие объемы хранения за меньшую стоимость по сравнению с другими типами накопителей. Они широко используются в настольных и портативных компьютерах, серверах и системах хранения данных, где требуется большая емкость по доступной цене. HDD проверены временем и имеют долгий срок службы при правильной эксплуатации.

Еще одно название жесткого диска — «винчестер» (сейчас реже, но еще несколько лет назад оно было общеупотребительным). Оно произошло от первого коммерчески успешного жесткого диска. Этот диск имел кодовое название Winchester. Диск, который стал известен как «винчестер», был представлен компанией IBM в 1973 году под модельным номером 3340. Он имел две пластины, каждая из которых могла хранить по 30 мегабайт данных, что в сумме давало 60 мегабайт. Эти характеристики дали повод инженерам IBM назвать его «30-30». Название «30-30» было созвучно калибру популярной винтовки Winchester, производимой в США. Винтовка Winchester, модель 30-30, также известная как «Winchester Model 1894», имела патроны калибра .30-30. Таким образом, кодовое имя «Winchester» закрепилось за жестким диском IBM 3340.

Название «винчестер» быстро стало популярным среди инженеров и пользователей, и с тех пор закрепилось за жесткими дисками. Особенно этот термин использовался в русскоязычных странах, где он стал обиходным названием для всех типов жестких дисков, независимо от их производителя и модели.

Для чего нужен жесткий диск

Жесткий диск (HDD) в компьютере выполняет несколько ключевых функций

Хранение данных. Жесткий диск используется для долговременного хранения данных. Это включает операционную систему, приложения, документы, фотографии, видео, музыку и другие файлы. В отличие от оперативной памяти (RAM), данные на жестком диске сохраняются даже после выключения компьютера.

Запуск операционной системы. Операционная система компьютера (например, Windows, macOS, Linux) установлена на жестком диске. Когда компьютер включается, BIOS или UEFI загружает операционную систему с жесткого диска в оперативную память, чтобы она могла управлять всеми ресурсами компьютера и выполнять программы.

Управление приложениями и файлами. Все установленные на компьютере программы и приложения находятся на жестком диске. Когда пользователь запускает программу, она загружается с жесткого диска в оперативную память. Это касается и всех данных, с которыми работают эти программы (например, документы, графические файлы и т. д.).

Временные файлы и кэш. Некоторые программы и операционная система создают временные файлы и используют кэш для ускорения работы. Эти данные также хранятся на жестком диске.

Резервное копирование. Жесткие диски часто используются для создания резервных копий данных. Пользователи могут хранить копии своих важных файлов на отдельном жестком диске, чтобы защитить их от потери данных в случае сбоя основного накопителя.

Виртуальная память (swap). Операционные системы используют часть пространства жесткого диска как виртуальную память, называемую файлом подкачки (swap). Это расширяет доступную оперативную память, позволяя выполнять больше задач одновременно, хотя и с меньшей скоростью по сравнению с оперативной памятью.

Жесткие диски остаются важным компонентом компьютеров благодаря их высокой емкости и относительно низкой стоимости хранения данных, несмотря на наличие более быстрых твердотельных накопителей (SSD), которые также активно используются для этих целей.

Чем жесткий диск отличается от SSD

Жесткий диск (HDD) и твердотельный накопитель (SSD) выполняют схожие функции, но существенно различаются по принципу работы, производительности и характеристикам. Вот основные различия между ними:

Принцип работы

HDD. Использует магнитные пластины, которые вращаются на шпинделе, и головки чтения/записи, которые перемещаются над пластинами для записи и считывания данных.

SSD. Использует микросхемы флеш-памяти (NAND), в которых данные хранятся в электронном виде без движущихся частей.

Скорость

HDD. Обычно медленнее, так как время доступа к данным зависит от скорости вращения пластин и времени перемещения головок. Скорость чтения и записи варьируется, но обычно находится в диапазоне 80−160 МБ/с.

SSD. Значительно быстрее, так как доступ к данным происходит мгновенно за счет использования флеш-памяти. Скорость чтения и записи варьируется, но может достигать 500−5000 МБ/с в зависимости от интерфейса (SATA или NVMe).

Надежность и долговечность

HDD. Более подвержен механическим повреждениям из-за наличия движущихся частей. Чувствителен к ударам и вибрациям.

SSD. Не имеет движущихся частей, что делает его более устойчивым к ударам и вибрациям. Однако флеш-память имеет ограниченное количество циклов записи/стирания.

Емкость

HDD. Обычно предлагаются в большем диапазоне емкостей, от сотен гигабайт до десятков терабайт, по более доступной цене за гигабайт.

SSD. Емкость варьируется от сотен гигабайт до нескольких терабайт. Большие емкости (свыше 2 ТБ) значительно дороже по сравнению с HDD.

Цена

HDD. Обычно дешевле по сравнению с SSD за единицу емкости.

SSD. Дороже, но стоимость постепенно снижается по мере развития технологии.

Энергопотребление и шум

HDD. Потребляет больше энергии и создает шум при работе из-за вращения пластин и движения головок.

SSD. Потребляет меньше энергии и работает бесшумно, что делает его предпочтительным для ноутбуков и мобильных устройств.

Фрагментация

HDD. Подвержен фрагментации, что может снижать производительность со временем, особенно при активном использовании.

SSD. Не подвержен фрагментации, и производительность остается стабильной в течение всего срока службы.

В результате, выбор между HDD и SSD зависит от конкретных требований пользователя. SSD предпочтительнее для тех, кто ищет высокую производительность, быстроту загрузки системы и приложений, а также надежность. HDD же остаются актуальными для хранения больших объемов данных по доступной цене.

Что такое SSD:

Виды жестких дисков и их характеристики

Жесткие диски (HDD) различаются по ряду характеристик, таких как форм-фактор, интерфейс подключения, емкость и предназначение.

По форм-фактору

3.5-дюймовые HDD. Наиболее распространены в настольных компьютерах и серверах. Они обычно предлагают большие емкости и высокую производительность.

2.5-дюймовые HDD. Используются в ноутбуках и некоторых внешних накопителях. Они меньше по размеру и потребляют меньше энергии, но могут иметь меньшую емкость и производительность по сравнению с 3.5-дюймовыми моделями.

По интерфейсу подключения

SATA (Serial ATA). Самый распространенный интерфейс для подключения жестких дисков в потребительских и корпоративных системах. Предлагает скорости передачи данных до 6 Гбит/с (SATA III).

SAS (Serial Attached SCSI). Используется в серверах и рабочих станциях для профессиональных применений. Обеспечивает более высокую надежность и производительность по сравнению с SATA.

IDE/PATA (Parallel ATA). Устаревший интерфейс, который использовался в старых компьютерах. Сегодня практически не используется.

По скорости вращения шпинделя

5400 RPM. Обычно используются в ноутбуках и внешних жестких дисках для более тихой и энергоэффективной работы.

7200 RPM. Стандарт для настольных компьютеров и некоторых серверов. Обеспечивает лучшую производительность по сравнению с 5400 RPM.

10,000 RPM и выше. Используются в высокопроизводительных серверах и системах хранения данных, где требуется высокая скорость доступа к данным.

По емкости

Малой емкости. Обычно до 500 ГБ, используются в бюджетных системах и для хранения резервных копий.

Средней емкости. От 1 ТБ до 4 ТБ, стандарт для большинства потребительских настольных компьютеров и ноутбуков.

Большой емкости. От 5 ТБ и выше, используются в серверах, системах хранения данных и для архивных целей.

По предназначению

Потребительские HDD. Ориентированы на использование в домашних и офисных компьютерах, ноутбуках и внешних накопителях.

Профессиональные и серверные HDD. Разработаны для использования в серверах и рабочих станциях. Обладают высокой надежностью, долговечностью и производительностью.

Накопители для видеонаблюдения. Оптимизированы для работы с системами видеонаблюдения, поддерживают непрерывную запись большого объема данных.

Накопители для NAS (Network Attached Storage). Специально разработаны для использования в сетевых хранилищах, обеспечивают высокую надежность и совместимость с многодисковыми конфигурациями.

Эти различия позволяют пользователям выбирать жесткие диски в зависимости от их конкретных нужд, от обычных домашних компьютеров до высокопроизводительных серверных систем.

Устройство жесткого диска

Устройство жесткого диска (HDD) включает несколько основных компонентов, которые работают вместе для записи и чтения данных.

Пластины (диски)

Это круглые диски, изготовленные из алюминия, стекла или керамики, покрытые тонким слоем магнитного материала. Хранят данные в виде магнитных зарядов. Данные записываются на пластины и считываются с них при помощи головок чтения/записи.

Головки чтения/записи

Маленькие электромагнитные устройства, которые располагаются на конце приводных рычагов и перемещаются над поверхностью пластин. Записывают данные, изменяя магнитные поля на пластинах, и считывают данные, обнаруживая эти магнитные поля.

Приводной механизм (актуатор)

Электромеханическая система, состоящая из актуатора и рычагов с головками. Перемещает головки чтения/записи над поверхностью пластин для доступа к различным дорожкам данных.

Шпиндельный двигатель

Электрический двигатель, который вращает пластины с постоянной скоростью. Обеспечивает вращение пластин на высоких скоростях (обычно 5400, 7200, 10000 или 15000 оборотов в минуту), что необходимо для записи и считывания данных.

Контроллер (электроника управления)

Печатная плата с микросхемами, установленная на корпусе жесткого диска. Управляет работой всех компонентов диска, обрабатывает данные и передает их между жестким диском и остальными компонентами компьютера через интерфейс подключения (например, SATA или SAS).

Интерфейс подключения

Разъем на корпусе жесткого диска. Обеспечивает соединение жесткого диска с материнской платой компьютера для передачи данных. Основные интерфейсы включают SATA, SAS и IDE.

Кэш-память (буфер)

Небольшой объем высокоскоростной памяти (обычно от 8 до 256 МБ). Временное хранение данных, что помогает ускорить операции чтения и записи, уменьшая задержки при доступе к часто используемым данным.

Корпус

Металлический или пластиковый корпус, который защищает внутренние компоненты жесткого диска. Обеспечивает механическую защиту и герметичность, защищая внутренние компоненты от пыли и повреждений.

Фильтры и уплотнения

Внутренние фильтры и уплотнения, которые обеспечивают чистоту и герметичность внутри корпуса. Защищают от загрязнений и поддерживают оптимальные условия работы внутренних компонентов.

Эти компоненты совместно обеспечивают надежную и эффективную работу жесткого диска, позволяя хранить и обрабатывать большие объемы данных.

Как работает жесткий диск

Жесткий диск (HDD) работает по принципу магнитной записи данных на вращающиеся пластины.

Запись данных

Когда компьютер отправляет команду на запись данных, эта команда поступает на контроллер жесткого диска через интерфейс подключения (например, SATA или SAS). Контроллер временно сохраняет данные в кэш-памяти (буфере) жесткого диска для ускорения процесса записи. Контроллер определяет, на какую дорожку и сектор пластин нужно записать данные. Актуатор перемещает головки чтения/записи к нужной дорожке. Головки чтения/записи, расположенные над пластинами, изменяют магнитные поля на поверхности пластин, записывая данные. Процесс записи заключается в изменении ориентации магнитных доменов на пластинах, что представляет собой бинарные данные (0 и 1).

Чтение данных

Когда компьютер отправляет команду на чтение данных, эта команда поступает на контроллер жесткого диска через интерфейс подключения. Контроллер определяет, с какой дорожки и сектора нужно считать данные. Актуатор перемещает головки чтения/записи к нужной дорожке. Головки чтения/записи обнаруживают изменения в магнитных полях на поверхности пластин и преобразуют их в электрические сигналы, которые представляют собой бинарные данные. Считанные данные сначала попадают в кэш-память жесткого диска для ускорения процесса передачи. Контроллер отправляет данные через интерфейс подключения обратно в компьютер для дальнейшего использования.

Пластины вращаются на шпинделе с высокой скоростью (обычно 5400, 7200, 10000 или 15000 оборотов в минуту), что обеспечивает быстрый доступ головок чтения/записи к данным. С течением времени данные могут становиться фрагментированными, то есть разбросанными по различным участкам пластин. Это замедляет работу диска. Для улучшения производительности может использоваться процесс дефрагментации, который перезаписывает данные, чтобы они были расположены более компактно.

Как выбрать жесткий диск

Выбор жесткого диска зависит от множества факторов, таких как его предназначение, требования к емкости, скорости, надежности и бюджету. При выборе жесткого диска важно учитывать ваши конкретные потребности и сценарии использования. Сравните модели и бренды, чтобы найти оптимальный вариант для вашего случая.

Для настольного компьютера. Для общих целей подходят 3.5-дюймовые HDD с интерфейсом SATA и емкостью от 1 ТБ до 4 ТБ.

Для ноутбука. Подходят 2.5-дюймовые HDD, обычно с емкостью от 500 ГБ до 2 ТБ, с интерфейсом SATA.

Для серверов и рабочих станций. Следует рассматривать HDD с интерфейсом SAS, высокой скоростью вращения (10,000 RPM и выше) и высокой надежностью.

Для видеонаблюдения. HDD, специально разработанные для систем видеонаблюдения, с оптимизацией для непрерывной записи и высокой надежностью.

Для NAS (сетевого хранилища). HDD, предназначенные для работы в RAID-массиве и круглосуточной эксплуатации.

Малая емкость (до 1 ТБ). Подходит для легкого использования, таких как офисные приложения, документы и небольшие коллекции медиафайлов.

Средняя емкость (1 ТБ — 4 ТБ). Оптимально для большинства пользователей, включая геймеров и тех, кто хранит большие объемы данных.

Большая емкость (более 4 ТБ). Подходит для серверов, систем хранения данных и пользователей с большими коллекциями медиафайлов.

5400 RPM. Меньшая скорость, менее шумные, используются в ноутбуках и внешних накопителях, где важны энергоэффективность и тишина.

7200 RPM. Стандартная скорость для настольных компьютеров, обеспечивающая баланс между производительностью и стоимостью.

10 000 RPM и выше. Высокая скорость, предназначена для серверов и профессиональных рабочих станций, где требуется высокая производительность.

SATA. Самый распространенный интерфейс, подходящий для большинства потребительских компьютеров и ноутбуков.

SAS. Используется в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях.

IDE/PATA. Устаревший интерфейс, редко используется в современных устройствах.

MTBF (среднее время между отказами). Чем выше показатель, тем надежнее диск.

Гарантия. Длительный гарантийный срок может свидетельствовать о надежности продукта.

Отзывы и рейтинги. Ознакомьтесь с отзывами пользователей и рейтингами на различных платформах.

Кэш-память (буфер)

Маленький объем (до 32 МБ). Подходит для легкого использования.

Средний объем (64 МБ − 128 МБ). Хороший выбор для большинства пользователей.

Большой объем (256 МБ и выше). Для высокопроизводительных задач и серверов.

Сравните цены различных моделей и брендов, учитывая баланс между стоимостью, емкостью и производительностью.

Читайте также

Как выбрать видеокарту для гейминга, майнинга и монтажа

Материнская плата: что это, характеристики, из чего состоит, как работает

Устройство компьютера: из чего состоит ПК