Физическая и логическая структура жесткого диска студента гр. Какое будущее в новом секторе и какая же структура жесткого диска? Структура и механизм работы жесткого диска

Как выглядит современный жёсткий диск (HDD) внутри? Как его разобрать на части? Как называются части и какие функции в общем механизме хранения информации выполняют? Ответы на эти и другие вопросы можно узнать здесь, ниже. Кроме того, мы покажем связь между русскоязычной и англоязычной терминологиями, описывающими компоненты жёстких дисков.

Для наглядности, разберём 3.5-дюймовый SATA диск. Это будет совершенно новый терабайтник Seagate ST31000333AS. Осмотрим нашего подопытного кролика.

Зелёная закреплённая винтами пластина с проступающим узором дорожек, разъёмами питания и SATA называется платой электроники или платой управления (Printed Circuit Board, PCB). Она выполняет функции электронного управления работой жёсткого диска. Её работу можно сравнить с укладкой в магнитные отпечатки цифровых данных и распознание обратно по первому требованию. Например, как прилежный писарь с текстами на бумаге. Чёрный алюминиевый корпус и его содержимое называется гермоблоком (Head and Disk Assembly, HDA). В среде специалистов принято называть его «банкой». Сам корпус без содержимого также называют гермоблоком (base).

Теперь снимем печатную плату (понадобиться отвертка «звёздочка» T-6) и изучим размещённые на ней компоненты.

Первым в глаза бросается большой чип, расположенный посередине – Система на кристалле (System On Chip, SOC). В ней можно выделить два крупных составляющих:

1. Центральный процессор, который производит все вычисления (Central Processor Unit, CPU). Процессор имеет порты ввода-вывода (IO ports) для управления остальными компонентами, расположенными на печатной плате, и передачи данных через SATA-интерфейс.
2. Канал чтения/записи (read/write channel) – устройство, преобразующее поступающий с головок аналоговый сигнал в цифровые данные во время операции чтения и кодирующий цифровые данные в аналоговый сигнал при записи. Так же выполняет слежение за позиционированием головок. Иными словами, создает магнитные образы при записи и распознает их при чтении.

Чип памяти (memory chip) представляет собой обычную DDR SDRAM память. Объём памяти определяет размер кэша жёсткого диска. На этой печатной плате установлена память Samsung DDR объемом 32 Мб, что в теории даёт диску кэш в 32 Мб (и именно такой объём приводится в технических характеристиках жёсткого диска), но это не совсем верно. Дело в том, что память логически разделена на буферную память (кэш) и память прошивки (firmware). Процессору требуется некоторый объём памяти для загрузки модулей прошивки. Насколько известно, только производитель HGST указывают действительный объём кэша в описании технических характеристик; относительно остальных дисков, о реальном объёме кэша остаётся только гадать. В спецификации ATA составители не стали расширять ограничение, заложенное в ранних версиях, равное 16 мегабайт. Поэтому, программы не могут отобразить объем более максимального.

Следующий чип – контроллер управления шпиндельным двигателем и звуковой катушкой, перемещающий блок головок (Voice Coil Motor and Spindle Motor controller, VCM&SM controller). На жаргоне специалистов – это «крутилка». Кроме того, этот чип управляет вторичными источниками питания, расположенными на плате, от которых питается процессор и микросхема предусилителя-коммутатора (preamplifier, preamp), расположенная в гермоблоке. Это главный потребитель энергии на печатной плате. Он управляет вращением шпинделя и движением головок. Так же при отключении питания переключает останавливающийся двигатель в режим генерации и полученную энергию подает на звуковую катушку для плавной парковки магнитных головок. Ядро VCM-контроллера может работать даже при температуре в 100°C.

Часть программы управления (прошивки) диска хранится во флэш-памяти (на рисунке обозначено: Flash). При подаче питания на диск микроконтроллер загружает сначала маленькое boot-ПЗУ внутри себя, а дальше переписывает содержимое флэш-чипа в память и приступает к исполнению кода уже из ОЗУ. Без корректно загруженного кода, диск даже не пожелает запускать двигатель. Если на плате отсутствует флэш-чип, значит, он встроен в микроконтроллер. На современных дисках (где-то с 2004 года и новее, однако исключение составляют жёсткие диски Samsung и они же с наклейками от Seagate) flash-память содержит таблицы с кодами настроек механики и головок, которые уникальны для данного гермоблока и не подойдут к другому. Поэтому операция «перекинуть контроллер» всегда заканчивается либо тем, что диск «не определяется в BIOS», либо определяется заводским внутренним названием, но все равно доступ к данным не даёт. Для рассматриваемого диска Seagate 7200.11 утрата оригинального содержимого flash-памяти приводит к полной потере доступа к информации, так как подобрать или угадать настройки не получится (во всяком случае, автору такая методика не известна).

На youtube-канале R.Lab есть несколько примеров перестановки платы с перепайкой микросхемы c неисправной платы на исправную:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX PCB change
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ PCB change

Датчик удара (shock sensor) реагирует на опасную для диска тряску и посылает сигнал об этом контроллеру VCM. Контроллер VCM немедленно паркует головки и может остановить вращение диска. Теоретически, такой механизм должен защищать диск от дополнительных повреждений, но на практике он не работает, так что не роняйте диски. Ещё при падении может заклинить шпиндельный двигатель, но об этом позже. На некоторых дисках датчик вибрации обладает повышенной чувствительностью, реагируя на малейшие механические колебания. Полученные с датчика данные позволяют контроллеру VCM корректировать движение головок. На таких дисках установлено, кроме основного, ещё два дополнительных датчика вибрации. На нашей плате дополнительные датчики не припаяны, но места под них есть - обозначены на рисунке как «Vibration sensor».

На плате имеется ещё одно защитное устройство – ограничитель переходного напряжения (Transient Voltage Suppression, TVS). Он защищает плату от скачков напряжения. При скачке напряжения TVS перегорает, создавая короткое замыкание на землю. На этой плате установлено два TVS, на 5 и 12 вольт.

Электроника для старых дисков была менее интегрированная, и каждая функция была разделена на одну и более микросхем.

Теперь рассмотрим гермоблок.

Под платой находятся контакты мотора и головок. Кроме того, на корпусе диска имеется маленькое, почти незаметное отверстие (breath hole). Оно служит для выравнивания давления. Многие считают, что внутри жёсткого диска находится вакуум. На самом деле это не так. Воздух нужен для аэродинамического взлета головок над поверхностью. Это отверстие позволяет диску выровнять давление внутри и снаружи гермозоны. С внутренней стороны это отверстие прикрыто фильтром (breath filter), который задерживает частицы пыли и влаги.

Теперь заглянем внутрь гермозоны. Снимем крышку диска.

Сама крышка не представляет собой ничего интересного. Это просто стальная пластина с резиновой прокладкой для защиты от пыли. Наконец, рассмотрим начинку гермозоны.

Информация хранится на дисках, называемых также «блинами», магнитными поверхностями или пластинами (platters). Данные записываются с двух сторон. Но иногда с одной из сторон головка не установлена, либо физически головка присутствует, но отключена на заводе. На фотографии вы видите верхнюю пластину, соответствующую головке с самым большим номером. Пластины изготавливаются из полированного алюминия или стекла и покрываются несколькими слоями различного состава, в том числе ферромагнитным веществом, на котором, собственно, и хранятся данные. Между пластинами, а также над верхней из них, мы видим специальные вставки, называемыми разделителями или сепараторами (dampers or separators). Они нужны для выравнивания потоков воздуха и снижения акустических шумов. Как правило, их изготавливают из алюминия или пластика. Алюминиевые разделители успешнее справляются с охлаждением воздуха внутри гермозоны. Ниже приведен пример модели прохождения потока воздуха внутри гермоблока.

Вид на пластины и сепараторы сбоку.

Головки чтения-записи (heads), устанавливаются на концах кронштейнов блока магнитных головок, или БМГ (Head Stack Assembly, HSA). Парковочная зона – это область, в которой должны находиться головки исправного диска, если шпиндель остановлен. У этого диска, парковочная зона расположена ближе к шпинделю, что видно на фотографии.

На некоторых накопителях, парковка производится на специальных пластиковых парковочных площадках, расположенных за пределами пластин.

Парковочная площадка накопителя Western Digital 3.5”

В случае парковки головок внутри пластин для съёма блока магнитных головок нужен специальный инструмент, без него снять БМГ очень сложно без повреждения. Для внешней парковки можно вставить между головками пластиковые трубочки, подходящие по размеру, и вынуть блок. Хотя, и для этого случая так же есть съемники, но они более простой конструкции.

Жёсткий диск – механизм точного позиционирования, и для его нормальной работы требуется очень чистый воздух. В процессе использования внутри жёсткого диска могут образовываться микроскопические частицы металла и смазки. Для немедленной очистки воздуха внутри диска имеется циркуляционный фильтр (recirculation filter). Это высокотехнологичное устройство, которое постоянно собирает и задерживает мельчайшие частицы. Фильтр находится на пути потоков воздуха, создаваемых вращением пластин

Теперь снимем верхний магнит и посмотрим, что скрывается под ним.

В жёстких дисках используются очень мощные неодимовые магниты. Эти магниты настолько мощны, что могут поднимать вес в 1300 раз больший их собственного. Так что не стоит класть палец между магнитом и металлом или другим магнитом – удар получится очень чувствительным. На этой фотографии изображены ограничители БМГ. Их задача – ограничить движение головок, оставляя их на поверхности пластин. Ограничители БМГ разных моделей устроены по-разному, но их всегда два, они используются на всех современных жёстких дисках. На нашем накопителе второй ограничитель расположен на нижнем магните.

Вот что можно там увидеть.

Ещё мы видим здесь катушку (voice coil), которая является частью блока магнитных головок. Катушка и магниты образуют привод БМГ (Voice Coil Motor, VCM). Привод и блок магнитных головок образуют позиционер (actuator) – устройство, которое перемещает головки.

Чёрная пластиковая деталь сложной формы называется фиксатором (actuator latch). Он бывает двух типов: магнитный и воздушный (air lock). Магнитный работает как простая магнитная защёлка. Высвобождение осуществляется подачей электрического импульса. Воздушная защёлка освобождает БМГ после того, как шпиндельный двигатель наберёт достаточное число оборотов, чтобы давление воздуха отодвинуло фиксатор с пути звуковой катушки. Фиксатор защищает головки от вылета головок в рабочую область. Если по какой-то причине фиксатор со своей функцией не справился (диск уронили или ударили во включенном состоянии), то головки прилипнут к поверхности. Для дисков 3.5“ последующее включение из-за большей мощности мотора просто оторвет головки. А вот у 2.5“ мощность мотора меньше и шансы восстановить данные, высвободив «из плена» родные головки, довольно высоки.

Теперь снимем блок магнитных головок.

Точность и плавность движения БМГ поддерживается прецизионным подшипником. Самая крупная деталь БМГ, изготовленная из алюминиевого сплава, обычно называется кронштейном или коромыслом (arm). На конце коромысла находятся головки на пружинной подвеске (Heads Gimbal Assembly, HGA). Обычно сами головки и коромысла поставляют разные производители. Гибкий кабель (Flexible Printed Circuit, FPC) идёт к контактной площадке, стыкующейся с платой управления.

Рассмотрим составляющие БМГ подробнее.

Катушка, соединенная с кабелем.

Подшипник.

На следующей фотографии изображены контакты БМГ.

Прокладка (gasket) обеспечивает герметичность соединения. Таким образом, воздух может попасть внутрь блока с дисками и головками только через отверстие для выравнивания давления. У этого диска контакты покрыты тонким слоем золота для предотвращения окисления. А вот со стороны платы электроники окисление случается частенько, что приводит к неисправности HDD. Удалить окисление с контактов можно стирательной резинкой (eraser).

Это классическая конструкция коромысла.

Маленькие чёрные детали на концах пружинных подвесов называют слайдерами (sliders). Многие источники указывают, что слайдеры и головки – это одно и то же. На самом же деле слайдер помогает считывать и писать информацию, поднимая головку над поверхностью магнитных дисков. На современных жёстких дисках головки двигаются на расстоянии 5-10 нанометров от поверхности. Для сравнения: человеческий волос имеет диаметр около 25000 нанометров. Если под слайдер попадёт какая-нибудь частица, это может привести к перегреву головок из-за трения и выходу их из строя, именно поэтому так важна чистота воздуха внутри гермозоны. Ещё попадание пыли может вызвать царапины. От них образуются новые пылинки, но уже магнитные, которые прилипают к магнитному диску и вызывают новые царапины. Это приводит к тому, что диск быстро покрывается царапинами или на жаргоне «запиливается». В таком состоянии ни тонкий магнитный слой, ни магнитные головки уже не работают, и жёсткий диск стучит (клик смерти).

Сами считывающие и записывающие элементы головки находятся на конце слайдера. Они так малы, что разглядеть их можно только в хороший микроскоп. Ниже приведен пример фотографии (справа) через микроскоп и схематическое изображение (слева) взаимного расположения пишущего и читающего элементов головки.

Рассмотрим поверхность слайдера поближе.

Как видите, поверхность слайдера не плоская, на ней имеются аэродинамические канавки. Они помогают стабилизировать высоту полёта слайдера. Воздух под слайдером образует воздушную подушку (Air Bearing Surface, ABS). Воздушная подушка поддерживает почти параллельный поверхности блина полёт слайдера.

Вот ещё одно изображение слайдера.

Здесь хорошо видны контакты головок.

Это ещё одна важная часть БМГ, которая пока не обсуждалась. Она называется предусилителем (preamplifier, preamp). Предусилитель – это чип, управляющий головками и усиливающий поступающий к ним или от них сигнал.

Предусилитель располагают прямо в БМГ по очень простой причине - сигнал, идущий с головок, очень слаб. На современных дисках он имеет частоту более 1 ГГц. Если вынести предусилитель за пределы гермозоны, такой слабый сигнал сильно затухнет по пути к плате управления. Установить же усилитель прямо на голове нельзя, так как она существенно нагревается во время работы, что делает не возможным работу полупроводникового усилителя, вакуумно-ламповых усилителей таких малых размеров ещё не придумали.

От предусилителя к головкам (справа) ведёт больше дорожек, чем к гермозоне (слева). Дело в том, что жёсткий диск не может одновременно работать более чем с одной головкой (парой пишущих и считывающих элементов). Жёсткий диск посылает сигналы на предусилитель, и он выбирает головку, к которой в данный момент обращается жёсткий диск.

Хватит о головках, давайте разбирать диск дальше. Снимем верхний сепаратор.

Вот как он выглядит.

На следующей фотографии вы видите гермозону со снятыми верхним разделителем и блоком головок.

Стал виден нижний магнит.

Теперь прижимное кольцо (platters clamp).

Это кольцо удерживает блок пластин вместе, не давая им двигаться друг относительно друга.

Блины нанизаны на шпиндель (spindle hub).

Теперь, когда блины ничто не удерживает, снимем верхний блин. Вот что находится под ним.

Теперь понятно, за счёт чего создается пространство для головок – между блинами находятся разделительные кольца (spacer rings). На фотографии виден второй блин и второй сепаратор.

Разделительное кольцо – высокоточная деталь, изготовленная из немагнитного сплава или полимеров. Снимем его.

Вытащим из диска все остальное, чтобы осмотреть дно гермоблока.

Так выглядит отверстие для выравнивания давления. Оно располагается прямо под воздушным фильтром. Рассмотрим фильтр внимательнее.

Так как поступающий снаружи воздух обязательно содержит пыль, фильтр имеет несколько слоёв. Он гораздо толще циркуляционного фильтра. Иногда он содержит частицы силикагеля для борьбы с влажностью воздуха. Однако, если жёсткий диск поместить в воду, то она наберется внутрь через фильтр! И это совсем не означает, что попавшая внутрь вода будет чистая. На магнитных поверхностях кристаллизуются соли и наждачка вместо пластин обеспечена.

Немного подробнее про шпиндельный двигатель. Схематически его конструкция показана на рисунке.

Внутри spindle hub закреплен постоянный магнит. Обмотки статора, меняя магнитное поле, заставляют ротор вращаться.

Моторы бывают двух видов, с шариковыми подшипниками и с гидродинамическими (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Шариковые перестали использовать более 10 лет назад. Это связано с тем, что у них биение высокое. В гидродинамическом подшипнике биения намного ниже и работает он значительно тише. Но есть и пару минусов. Во-первых, он может заклинить. С шариковыми такого явления не происходило. Шариковые подшипники если и выходили из строя, то начинали громко шуметь, но информация хоть медленно, но читалась. Сейчас же, в случае клина подшипника, нужно при помощи специального инструмента снять все диски и установить их на исправный шпиндельный двигатель. Операция очень сложная и редко приводит к удачному восстановлению данных. Клин может возникнуть от резкого изменения положения за счет большого значения силы Кориолиса, действующей на ось и приводящей к ее сгибанию. Например, есть внешние 3.5” диски в коробочке. Стояла коробочка вертикально, задели, упала горизонтально. Казалось бы, не далеко улетел то?! А нет - клин двигателя, и никакой информации уже не достать.

Во-вторых, из гидродинамического подшипника может вытечь смазка (она там жидкая, ее довольно много, в отличие от смазки-геля, используемой шариковых), и попасть на магнитные пластины. Чтобы предотвратить попадание смазки на магнитные поверхности используют смазку с частицами, имеющими магнитные свойства и улавливающими их магнитные ловушки. Еще используют вокруг места возможной протечки абсорбционное кольцо. Вытеканию способствует перегрев диска, поэтому важно следить за температурным режимом эксплуатации.

Уточнение связи между русскоязычной и англоязычной терминологией выполнено Леонидом Воржевым.

Обновление 2018, Сергей Яценко

Перепечатка или цитирование разрешены при условии сохранения ссылки на перво

• Дисков с вращающимся приводом, которые смонтированы на общей вертикальной оси.
• Головки чтения/записи информации с собственным приводом.

Качественные характеристики жесткого диска

• Способом подключения накопителей, то есть производительностью интерфейса.
• Скоростью считывания данных головками.

Таблица размещения файлов

Популярные файловые системы

Логические диски

• Уменьшаются потери дискового пространства.
• Упрощается структуризация данных.
• Упрощается процесс дефрагментации диска, проверки на вирусы, и т. д.

Логическая структура жесткого диска - разбиение дискового пространства на области, хранящие в себе различную служебную (MBR (MasterBoot Record), BR (Boot Record), FAT1 и FAT2 и др., Root Directory) и пользовательскую информацию.

Если с пользовательской информацией (данными) в общем все понятно, то термины в служебной области требуют пояснения.

MBR или master boot record - это главный загрузочный сектор, чаще всего первый физический сектор на диске, с чтения его содержимого начинается работа компьютера при включении или перезагрузке (необходим для загрузки операционной системы). MBR состоит из двух частей: в первой части записана программа IPL1- Initial Program Loading 1, при выполнении которой компьютер исследует содержимое второй части MBR- таблицу разделов диска Partition Table, в которой указаны номера первого и последнего секторов каждого из разделов диска. В Partition Table также хранится информация о типе файловой системы раздела и признак того- является раздел загрузочным или нет. Каждый из разделов жёсткого диска содержит сектор BR (Boot Record), две копии File Allocation Table (FAT)- FAT1 и FAT2, корневой каталог Root Directory и область данных.

Функция MBR - «переход» в тот раздел жёсткого диска, с которого следует исполнять «дальнейший код» (обычно - загружать ОС). На «стадии MBR» происходит выбор раздела диска, загрузка кода ОС происходит на более поздних этапах алгоритма. В процессе запуска компьютера, после окончания начального теста (Power-on self-test - POST), Базовая система ввода-вывода (BIOS) загружает «код MBR» в оперативную память (в IBM PC обычно с адреса 0000:7c00) и передаёт управление находящемуся в MBR загрузочному коду.

Сектор BR (Boot Record)- это первый сектор раздела, в котором записана одноимённая программа Boot Record, являющаяся частью операционной системы и предназначенная для запуска на выполнение остальных программ операционной системы, хранящихся на диске. BR имеется во всех разделах жёсткого диска, хотя не все разделы содержат файлы операционной системы, т.е. не все разделы являются "системными".

Таблица FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов, хранит записи длиной 16 или 32 бита, хранящие информацию о месторасположении кластеров, на которых записан каждый файл. Если FAT повреждается, то компьютер теряет доступ к файлу и на диске появляются "потерянные кластеры" - т.е. секторы с бесполезной информацией, которую невозможно прочесть.

Root Directory - корневой каталог диска, содержит записи с информацией о каждом файле – имя, тип, объём, дата и время создания, атрибут файла (системный, скрытый, только для чтения, архивный) и хранит указатель на первый кластер файла. Корневой каталог является самым «главным» каталогом в разделе диска, все остальные каталоги и файлы располагаются по иерархии ниже его.

Data Area - область для данных- основная область раздела диска, хранит сами файлы.

Начинающие пользователи часто не имеют вообще никаких понятий о разделах своего жёсткого диска и логических дисках винчестера. Поначалу это совсем не мешает их работе на компьютере, хотя и не позволяет использовать его более продуктивно. Но иногда приходится сталкиваться с более ответственными вещами, и тогда незнание простых правил может обернуться серьёзными проблемами, вплоть до полной неработоспособности операционной системы и потери важных данных.

На самом деле, достаточно запомнить несколько простых вещей и держать эти сведения в голове при любых действиях с разделами жёсткого диска.

Что же такое раздел

Начну с того, что новый, свежекупленный жёсткий диск совершенно непригоден для работы без предварительной подготовки. Чтобы можно было сохранять на него данные и читать их, для этих данных необходимо сначала создать специальные "хранилища" - разделы, и подготовить эти "хранилища" для "складирования" и хранения ваших файлов - отформатировать, т.е. создать на них файловую систему. Как только хотя бы один раздел будет создан и отформатирован, его уже можно использовать.

Иногда бывает, что на винчестере имеется всего один раздел, занимающий весь жёсткий диск. Особенно часто это можно наблюдать у новичков, только что купивших компьютер. Такой вариант является самым простых, но и самым неудачным, т.к. и операционная система и ваши данные хранятся в одном месте, и при любых проблемах с операционкой, либо при переустановке ОСи вы рискуете потерять сразу всё.

Более практичным является вариант, когда жёсткий диск разделён на несколько разделов - хотя бы на два. На одном разделе стоит сама операционная система, а на другом складируются ваши файлы. В этом случае при проблемах или переустановке операционки пострадает только тот раздел, на котором она стояла. Всё остальное останется нетронутым.

Кроме того, разделение на несколько разделов позволит более удобно организовать хранение файлов - можно, например, выделить отдельный раздел под музыку или видео, если у вас их много; или если вы часто работаете с торрентами, можно выделить под них отдельный кусок жёсткого диска.

Также упрощается обслуживание компьютера - например, гораздо проще и быстрее дефрагментировать по очереди несколько относительно небольших разделов, чем один огромный кусок. Аналогично - и со сканированием диска антивирусом.

В общем, с удобством разобрались - тут каждым волен исхитряться в меру своих потребностей. Однако, существует несколько простых правил, нарушение которых чревато полной потерей данных.

Начну по порядку.

Правило № 1

Всего на одном жёстком диске может быть не более 4-х основных разделов , меньше можно, больше - нет. Эти требования не зависят от какой-либо операционной системы - они продиктованы современным уровнем развития электронной начинки компьютера. И преодолеть их пока не удастся. Если же разделов требуется более 4-х, то тут вступает в силу другое правило.

Я не напрасно упомянул об ОСНОВНЫХ разделах - это не просто слово, оно обозначает один из двух типов разделов. Кроме основного, раздел может быть ещё и дополнительным (расширенным - extended). И в связи с этим правило о 4-х разделах несколько трансформируется - на одном жёстком диске может находиться до 4-х основных разделов, или до 3-х основных разделов плюс один дополнительный (расширенный раздел на диске может быть только один).

Что это нам дает? Дело в том, что дополнительный (расширенный) раздел, по сути, представляет из себя контейнер, внутри которого можно создавать НЕОГРАНИЧЕННОЕ количество логических дисков. И для пользователя не будет совершенно никакой разницы между работой с основным разделом и работой с логическим диском. Таким образом, путём создания расширенного раздела и логических дисков внутри него мы может разделить винчестер под свои нужды так, как нам потребуется.

Учтите, что если вы удалите расширенный раздел, все логические диски, входящие в него тоже исчезнут.

Правило № 2

Один из разделов обязательно должен быть активным (в Linux - иметь флаг boot ). Именно на нём находятся загрузочные файлы, которые будут запускать операционную систему. Сама система может при этом находиться и в другом месте, но файлы, с которых начинается её запуск - только там.

Чаще всего активным становится первый раздел жёсткого диска (диск C :/ в Windows), но это не обязательное условие. Кроме того, всегда можно вручную переназначить активным любой другой основной раздел, но при этом не следует забывать переместить туда же загрузочные файлы, иначе операционная система не запустится.

Правило № 3

Если Вы собираетесь установить на одном компьютере несколько операционных систем, то каждую из них следует устанавливать в отдельный раздел (теоретически, можно поставить и в один, но последующих после этого проблем избежать не удастся ). Операционные системы семейства Windows могут устанавливаться только на основные разделы. Соответственно, если Вы собираетесь установить две Windows в режиме мультизагрузки, то они у Вас займут два основных раздела. Операционные системы Linux такого ограничения не имеют и могут устанавливаться куда угодно.

Файловые системы

Перед тем, как использовать раздел, его требуется отформатировать - создать на нём файловую систему (разметить особым образом).

Файловых систем сейчас существует довольно большое количество, и все имеют разные характеристики.

Операционные системы семейства Windows могут работать только с файловыми системами FAT, FAT32 и NTFS.

FAT является сильно устаревшей системой, и её применение сегодня вряд ли оправдано. FAT32 более современна, но имеет серьёзные ограничения. которые препятствуют её полноценному использованию. Например, максимальный размер файла, который поддерживает FAT32 - это около 4 ГБ. Именно поэтому, если Вы попытаетесь, например, скопировать образ полновесного ДВД-диска на флэшку (которые по дефолту форматируются в FAT32 ) Вы получите сообщение о нехватке свободного места, хотя на самом деле места там ещё полно. Из-за этого использование её на разделах, на которых происходит работа с видео, практически невозможна (и под раздел с торрентами её использовать проблематично ).

Лучшим выбором для работы под Windows сегодня будет файловая система NTFS . Она не имеет таких ограничений, как FAT32, обладает дополнительными возможностями по обеспечению безопасности, более стабильна и надёжна.

Для UNIX-ов, к которым относится и Linux, файловых систем существует гораздо больше. Каждая их них имеет свои достоинства и недостатки и более подходит под определённые задачи. По умолчанию в Linux используется ext4 , но можно использовать и любую другую. Информацию, какая из файловых систем Linux более всего подходит именно под Ваши задачи, Вы легко найдёте в Интернете.

Несколько слов о совместимости

Windows не понимает никаких других файловых систем, кроме своих собственных. Доступ из-под неё к разделам Linux возможен был только с помощью специальных программ или плагина к Total Commander. К сожалению, к самым современным файловым системам Linux плагин для Windows ещё не написан.

Linux же всегда прекрасно понимал FAT и FAT32, а в последние 2-3 года без проблем работает и с NTFS через специальный драйвер NTFS-3g , как на чтение, так и на запись. Плюс, поддерживает при этом бОльшую часть дополнительных возможностей NTFS. Так что из Linux Вы всегда будете иметь полноценный доступ к Windows разделам.

Следует упомянуть о различной бытовой технике - DVD-проигрывателях, спутниковых ресиверах и т.д. Вся эта техника может работать только с FAT и FAT32. NTFS, а тем более файловые системы UNIX-ов (за крайне редким исключением ) ей совершенно непонятны. Об этом следует помнить, если Вы обмениваетесь данными между подобной техникой и компьютером.

Инструменты для работы

Несколько слов об инструментарии для работы с разделами.

Начну с Windows. В её состав входит штатный инструмент Управление дисками . Добраться до него можно через Панель управления , либо щёлкнув правой кнопкой мыши на значке Мой компьтер => Управление и выбрав в левой колонке Управление дисками .

Обратите внимание, три раздела на скриншоте помечены как неизвестные разделы. Это разделы с Linux - Windows их видит, но ни определить, ни тем более работать с ними она не может.

Также в Управлении дисками достаточно чётко можно увидеть основные и дополнительный разделы, а также активный раздел (помечен как Система - на нём находятся загрузочные файлы; сама ОСь установлена в разделе, помеченном как - т.е. Windows меняет метки местами ). Из всех возможностей этот инструмент предоставляет только создание и удаление разделов, а также переназначение активного раздела и смену буквы дисков (в Vista и Windows 7 функционал незначительно увеличился ). Если ничего другого под руками не оказалось, то порой и этого бывает достаточно.

Важно помнить , что Управление дисками - инструмент неудобный, малофункциональный и крайне опасный, особенно в неопытных руках. Подразумевается, что пользователь, который его применяет, абсолютно точно знает, что он делает, т.к. любые изменения применяются сразу, без вопросов, и невозможно заранее посмотреть, к чему приведут те или иные действия.

Поэтому я советую использовать его только в крайних случаях.

Гораздо бОльшими возможностями, удобством и безопасностью обладают различные программы из когорты Partition Magic -ов, например, . Таких программ имеется достаточно большое количество, все они разные и в последние годы многие из них поменяли владельцев-разработчиков и своё название. Поэтому, если Вы решили подобрать себе что-либо из них, Вам придётся озаботиться самостоятельным поиском на широких просторах Интернета. Это несложно, тем более, что лидеров в этой области можно по пальцам перечесть.

Acronis Disk Director Suite

На мой же взгляд (исключительно на мой - т.к. у многих на этот счёт может быть другое мнение ), наиболее мощной и удобной программой для работы с жёстким диском и разделами является .

Программа русская (хотя изредка попадаются её варианты с английским языком) и очень проста в обращении. При этом она полностью обеспечивает весь спектр возможных операций с жёстким диском. Кроме того, практически все Ваши действия над разделами происходят без потери информации, которая на них находится.

Все операции, которые Вы проводите над разделами, моментально отображаются в графическом виде, чтобы всё можно было оценить визуально. Но сами действия при этом не производятся - лишь только после того, как Вы сами всё оцените, и результат целиком и полностью Вас удовлетворит, можно нажать кнопку "Применить ". До этого момента можно пошагово отменить все действия.

Если к компьютеру подключены несколько жёстких дисков, все они будут показаны в окне программы - один над другим. Основные разделы помечаются зелёными флажками, а красным флагом отмечен активный раздел.

Кроме того, при запуске Acronis Disk Director Suite предлагает на выбор два режима работы - автоматический, в котором все операции можно проводить с помощью "мастеров", и ручной режим, в котором вся полнота власти отдаётся на откуп пользователю. Второй режим, имхо, удобнее и гибче, но новички могут воспользоваться и автоматическим.

Также в программе присутствует полноценная и весьма подробная справка.

Следует упомянуть ещё об одной возможности - из окна программы можно создать и записать специальный загрузочный диск, который будет содержать файлы Acronis Disk Director Suite . Штука эта очень удобная и крайне полезная в хозяйстве - ведь имея этот диск, полностью отпадает надобность в установке самой программы и даже в наличии операционной системы. С этого диска можно загрузить компьютер и выполнить любые операции с разделами.

Теперь о неприятном. Заключается оно в том, что программа сравнительно редко обновляется, поэтому иногда возникают ситуации, когда с самыми современными жёсткими дисками она работать не может. Это в большей степени касается её варианта на загрузочном диске, т.к. если Acronis Disk Director Suite установить в операционную систему, то для работы с диском она будет использовать драйвера из комплекта Windows. Также у неё есть некоторые проблемы с файловыми системами Unix - самые современные файловые системы она не понимает (это можно заметить на представленном скриншоте ), хотя со старыми классическими работает "на ура".

На днях вышла новая версия Acronis Disk Director Suite для англоязычных пользователей (новой русской версии пока нет), которая уже без всяких проблемм работает с самыми новыми жёсткими дисками. А вот проблемы с современными файловыми системами Unix в ней пока ещё не решены.

GParted

Ещё один мощный и универсальный инструмент для работы с жёстким диском - это программа GParted из комплекта Linux.

Её можно найти практически на всех Live-CD с Linux.

Рассказ о возможностях программы можно уместить в одной фразе: "Может почти всё". Интерфейс прост и непритязателен, а работа абсолютно прозрачна и понятна. Все Ваши действия также сначала отображаются визуально, а выполняются лишь после нажатия специальной кнопки, когда Вы решите, что Вас всё устраивает.

Кроме того, GParted поддерживает гораздо большее количество файловых систем, включая самые современные.

Если у Вас несколько жёстких дисков, в окне программы единовременно будет показан только один. Для работы с другими воспользуйтесь раскрывающимся списком на панели (справа), в котором перечислены все подключенные винчестеры.

GParted не может работать с разделами, которые в этот момент примонтированы (напротив такого раздела будет стоять предупреждающий значок). Для выполнения любых действий с такими разделами их сначала придётся отмонтировать.

Несколько замечаний о программах, которые входят в инсталляторы операционных систем и могут применяться при установки ОСи.

При установке Windows все разделы жёсткого диска будут видны совершенно одинаковыми, без деления на основные и расширенный. Отличия будут только в метках и размерах, и можно крайне легко запутаться. Поэтому использовать его желательно только если Вы впервые ставите операционку на новый жёсткий диск. Если же Ваш диск уже использовался, и на нём есть какая-либо информация, лучше всего позаботиться обо всём заранее в сторонней программе, а действия в инсталляторе свести лишь к выбору нужного раздела и форматированию (при необходимости).

Аналогичная ситуация и при установке Linux. Хотя там всё определяется верно, но отображено не слишком наглядно, и работа происходит менее прозрачно, чем в том же GParted .

Так что лучше всего перед установкой создать разделы нужного размера в нужном месте и отформатировать их в любую файловую систему Linux, а при установке ОСи, проигнорировав предложенные автоматические варианты и выбрав ручное разбиение, просто примонтировать их в нужные места и сменить при необходимости файловую систему на другую, простым проставлением "галочки" в графе Форматировать напротив своих разделов.

Для большей наглядности рекомендую тщательно изучить скриншоты к статье (скриншоты кликабельны - при щелчке на них в отдельных вкладках будут открываться полноразмерные картинки ). Обращаю внимание, что везде изображён ОДИН И ТОТ ЖЕ жёсткий диск, только в разных программах. На этом диске параллельно установлены две операционные системы в режиме мультизагрузки - Windows и Linux, которые вполне мирно уживаются на одном компьютере. Каждой из операционок выделено по 3 раздела (разделение не идеальное, но вполне приемлемое ). Внимательно просмотрите, что и как выглядит в каждой из программ.

Каждый из нас ежедневно сталкивается с различными компьютерными терминами, знания о которых являются поверхностными, а некоторые термины нам вообще незнакомы. Да и зачем что-то знать о том, что нас не касается или не беспокоит. Не так ли? Известная истина: пока какое-нибудь оборудование (в т.ч. и жесткий диск) нормально и беспроблемно функционирует, то никто и никогда не будет забивать свою голову тонкостями его работы, да это и ни к чему.

Но, в моменты, когда в процессе работы любого устройства системного блока начинаются сбои, или просто внезапно понадобилась помощь с компьютером, очень многие пользователи тут же берут отвертку и книгу «азы компьютерной грамотности, или как реанимировать компьютер в домашних условиях». И пытаются самостоятельно решить проблему, не прибегая при этом к помощи специалиста. И чаще всего это заканчивается очень плачевно для их компьютера.

• Понятия "жесткий диск" или "винчестер" и их возникновение

Определение и возникновение понятия "винчестер"

Итак, темой нашей очередной статьи на этот раз будет такая запчасть системного блока как жесткий диск. Мы с вами подробно рассмотрим само значение этого понятия, кратко вспомним историю его развития, и более подробно остановимся на внутреннем строении, разберем основные его типы, интерфейсы и подробности его подключения. Кроме этого немного заглянем в будущее, а может даже уже почти и в настоящее, и расскажем, что постепенно приходит на смену старым добрым винтам. Забегая вперед, скажем, что это твердотельные накопители, работающие по принципу USB-флешек - SSD-устройства.

Самый первый в мире жесткий диск, такого типа, как мы привыкли видеть его сейчас и каким привыкли пользоваться, изобрел сотрудник IBM Кеннет Хотон в 1973 году. Эта модель называлась загадочным сочетанием цифр: 30-30, точно так же, как калибр у всем известной винтовки Winchester, Не трудно догадаться, что отсюда и пошло одно из названий - винчестер, которое популярно в среде айтишников до сих пор. А, возможно, кто-то его сейчас прочитал вообще в первый раз.

Перейдем к определению: жесткий диск (а, если вам удобно, то хард, винчестер, HDD или винт) – это запоминающее устройство компьютера (или ноутбука), на которое при помощи специальных головок чтения/записи информация записывается, хранится и удаляется по мере необходимости.

"А чем же это все отличается от простых дискет или CD-DVD?" - просите вы. А все дело в том, что в отличие от гибких или оптических носителей, здесь данные записываются на жесткие (отсюда и название, хотя кто-то может уже и догадался сам) алюминиевые или стеклянные пластины, на которые нанесен тонкий слой ферромагнитного материала, чаще всего для этих целей используется хром диоксид.

Вся поверхность таких вращающихся магнитных пластин разделена на дорожки и секторы по 512 байт каждый. В некоторых накопителях есть всего один такой диск. Другие же содержат одиннадцать и более пластин, причем информация записывается на обе стороны каждой из них.

Внутреннее строение

Сама конструкция жесткого диска состоит не только из непосредственных накопителей информации, но и механизма, считывающего все эти данные. Все вместе это и есть главное отличие хардов от дискет и оптических накопителей. А в отличие от оперативной памяти (ОЗУ), которой необходимо постоянное питание, винчестер является энергонезависимым устройством. Его можно смело отключать от питания и брать с собой куда угодно. Данные на нем сохраняются. Это становится особенно важно, когда нужно восстановить информацию .

Теперь немного расскажем непосредственно о внутреннем строении жесткого диска. Сам винчестер состоит из герметичного блока, заполненного обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением. Вскрывать его в домашних условиях мы не рекомендуем, т.к. это может привести к поломке самого устройства. Каким бы чистюлей вы не были, но пыль в комнате найдется всегда и она может попасть внутрь корпуса. В профессиональных сервисах, которые специализируются на восстановлении данных, есть специально оборудованная «чистая комната», внутри которой и производится вскрытие винчестера.

Также в состав устройства входит плата с электронной схемой управления. Внутри блока находятся механические части накопителя. На шпинделе двигателя привода вращения дисков закреплены один или несколько магнитных пластин.

В корпусе также расположен предусилитель-коммутатор магнитных головок. Сама же магнитная головка производит чтение или запись информации с поверхности одной из сторон магнитного диска. Скорость вращения которого достигает 15 тыс. оборотов в минуту - это что касается современных моделей.

При включении питания, процессор жесткого диска начинает с того, что тестирует электронику. Если всё в порядке, включается шпиндельный двигатель. После того, как достигнута определенная критическая скорость вращения, плотность прослойки воздуха, набегающей между поверхностью диска и головкой, становится достаточной, чтобы преодолеть силу прижима головки к поверхности.

В результате, головка чтения/записи «зависает» над пластиной на крошечном расстоянии всего в 5-10 нм. Работа головки чтения/записи схожа с принципом действия иголки в граммофоне, только лишь с одним отличием – у неё не происходит физического контакта с пластиной, в то время, как в граммофоне головка иголки соприкасается с пластинкой.

В моменты, когда питание компьютера выключается и диски останавливаются, головка опускается на нерабочую зону поверхности пластины, так называемую зону парковки. Поэтому не рекомендуется завершать работу компьютера аварийно - просто нажимая на кнопку выключения или выдергивая кабель питания из розетки. Это может привести к выходу из строя всего HDD. Ранние модели имели специальное программное обеспечение, которое инициировало операцию парковки головок.

В современных же HDD вывод головки в зону парковки происходит автоматически, когда снижается скорость вращения ниже номинальной или когда подается команда на отключение питания. Обратно в рабочую зону головки выводятся лишь тогда, когда будет достигнута номинальная скорость вращения двигателя.

Наверняка в вашем пытливом уме уже созрел вопрос – насколько герметичен сам блок дисков и какова вероятность того, что туда может просочиться пыль или другие мелкие частицы? Как мы уже писали выше, они могут привести к сбою в работе харда или вообще к его поломке и потере важной информации.

Но не стоит волноваться. Производители всё давным давно предусмотрели. Блок дисков с двигателем и головки находятся в специальном герметичном корпусе – гермоблоке (камере). Однако его содержимое не полностью изолировано от окружающей среды, обязательно необходимо перемещение воздуха из камеры наружу и наоборот.

Это нужно, чтобы выровнять давление внутри блока с внешним, чтобы предотвратить деформацию корпуса. Это равновесие достигается при помощи специального устройства, которое называется барометрический фильтр. Он размещен внутри гермоблока.

Фильтр умеет улавливать мельчайшие частицы, величина которых превышает расстояние между головкой чтения/записи и ферромагнитной поверхностью диска. Кроме выше упомянутого фильтра есть еще один – фильтр рециркуляции. Он улавливает частицы, которые присутствуют в воздушном потоке внутри самого блока. Они могут там появляться от осыпания магнитного опыления дисков (наверняка вы слышали когда-нибудь фразу, что «хард посыпался»). Кроме того, этот фильтр улавливает те частицы, которые «пропустил» его барометрический «коллега».

Интерфейсы подключения HDD

На сегодняшний день, чтобы подключить жесткий диск к компьютеру вы можете использовать один из трех интерфейсов: IDE, SCSI и SATA.

Первоначально в 1986 году интерфейс IDE разрабатывался только для подключения HDD. Затем его модифицировали в расширенный интерфейс ATA. В результате к нему можно подключать не только винчестеры, но и CD/DVD-приводы.

Интерфейс SATA – более быстрый, современный и производительный, нежели ATA.

В свою очередь, SCSI – высокопроизводительный интерфейс, который способен подключать различного рода устройства. Сюда входят не только накопители информации, но и различная периферия. Например, более быстрые SCSI-сканеры. Однако когда появилась USB-шина, необходимость подключения периферии посредством SCSI отпала. Так, что если вам посчастливится его где-то увидеть, то считайте, что вам повезло.

Сейчас давайте немного расскажем о подключении к IDE интерфейсу. В системе может быть два контроллера (первичный и вторичный), к каждому из которых можно подключить два устройства. Соответственно получаем максимум 4: первичный мастер, первичный подчиненный и вторичный мастер, вторичный подчиненный.

После того, как подключили устройство к контроллеру, следует выбрать режим его работы. Он выбирается при помощи установки специальной перемычки (она называется джампер) в определенное место в разъеме (рядом с разъемом для подключения шлейфа IDE).

При этом следует помнить, что более быстрое оборудование к контроллеру подключается первым и называется master. Второе называется slave (подчиненное). Последней манипуляцией будет подключить питание, для этого нам нужно выбрать один из кабелей блока питания. Данная информация вам пригодится, если у вас очень-очень старый компьютер. Так как в современных необходимость в подобных манипуляциях отпала.

Через SATA подключить гораздо проще. Кабель для него имеет одинаковые разъемы на обоих концах. SATA-диск не имеет перемычек, поэтому у вас нет необходимости выбирать режим работы устройств - справится даже ребенок. Питание подключается при помощи специального кабеля (3,3 В). Однако существует возможность подключиться через переходник к обычному кабелю питания.

Дадим один полезный совет: если к вам часто приходят друзья со своими винчестерами переписать новых фильмов или музыки (да-да, друзья у вас настолько суровые, что носят с собой не внешний HDD, а обычный внутренний), и вы уже устали все время раскручивать системный блок, рекомендуем приобрести специальный карман для жесткого диска (он называется Mobile Rack). Они есть и с IDE, и с SATA-интерфейсами. Чтобы подключить к вашему компьютеру еще один дополнительный хард, просто вставляем его в такой карман и готово.

SSD диски - новый этап в развитии

Уже сегодня (а может быть уже и вчера) начался следующий этап в развитии устройств-накопителей информации. На смену жестким дискам приходит новый тип - SSD. Далее расскажем о нем поподробней.

Итак, SSD (Solid State Disk) – твердотельный накопитель, который работает по принципу флеш-памяти USB. Одна из самых важных его отличительных черт от обычных винчестеров и оптических накопителей – в его устройство не входит никаких подвижных деталей и механических компонентов.

Накопители данного типа, как это часто бывает, изначально разрабатывались исключительно для военных целей, а также для высокоскоростных серверов, так как старые добрые харды для таких нужд уже являлись недостаточно быстрыми и надежными.

Перечислим наиболее важные преимущества SSD:

• Во-первых, запись информации на SSD и чтение с него происходит намного быстрее (десятки раз), чем с HDD. Работу обычного винчестера очень сильно тормозит движение головки чтения/записи. А т.к. в SSD её нет, то и проблемы нет.
• Во-вторых, благодаря одновременному использованию всех модулей памяти, установленных в SSD-накопитель, скорость передачи данных значительно выше.
• В-третьих, не так восприимчивы к ударам. В то время как жесткие накопители могут потерять при ударе часть данных или же вообще выйти из строя, что и случается чаще всего - будьте осторожны!
• В-четвертых, потребляют меньше энергии, что делает их удобными в использовании в устройствах, работающих от аккумуляторов - ноутбуках, нетбуках, ультрабуках.
• В-пятых, данный тип накопителей при работе практически не производит никакого шума, тогда как при работе хардов мы слышим вращение дисков и движение головки. А, когда они выходят из строя, так и вообще сильный треск или стук головок.

Но не будем скрывать: пожалуй, есть два недостатка SSD – 1) за его определенную емкость вы заплатите значительно дороже, нежели за жесткий диск идентичного объема памяти (разница будет в несколько раз, хотя с каждым годом становится всё меньше и меньше); 2) SSD имеют относительно небольшое ограниченное количество циклов чтения/записи (т.е. изначально ограниченный срок службы).

Итак, мы с вами познакомились с понятием «жесткий диск», рассмотрели его строение, принцип работы и особенности различных интерфейсов подключения. Надеемся, предложенная информация оказалось несложной для восприятия, а главное, полезной.

Если у вас возникли трудности с выбором, если не можете определить, какой тип жестких дисков поддерживает ваша материнская плата, какой интерфейс подходит или какой объем HDD будет больше соответствовать вашим нуждам, то вы всегда можете обратиться за помощью в компьютерный сервис Комполайф на всей территории нашего обслуживания.

Наши специалисты помогут вам с выбором и заменой жесткого диска. Кроме этого, у нас вы можете заказать установку нового устройства в ваш системный блок или ноутбук.

Вызвать мастера