Hårddisk - allt du behöver veta

Användningen av hårddisken som huvudlagringsenhet är redan numrerad. Med de mycket snabba SSD: erna har hårddiskar förflyttats till bakgrunden, även om de inte är mindre viktiga eftersom de är idealiska för masslagring. Enheter som för närvarande når 16 TB, och att vi för drygt 60 euro kan ha 2 TB i vår PC, något som fortfarande är utom räckhåll för många av oss om det är SSD för sitt pris.

I den här artikeln kommer vi att sammanställa allt du behöver veta om hårddiskar, deras funktion, egenskaper och särskilt de fördelar och nackdelar de erbjuder jämfört med SSD: er, något som alltid är ett måste.

Funktion och interna komponenter på en hårddisk

Namnet på hårddisken kommer från den engelska hårddisken, eller HDD-akronym som vi alla känner till denna lagringsenhet och som också är det tydligaste sättet att skilja den från en SSD (Solic Disk Drive).

Uppgiften för en hårddisk är ingen annan än att tillhandahålla vår utrustning, platsen där alla filer, program lagras och där operativsystemet är installerat. Av denna anledning kallas det också huvudlagring, som till skillnad från RAM-minne håller filer inuti även utan el.

Medan SSD: er helt och hållet består av elektroniska komponenter och lagrar information om chip som består av NAND-grindar, har hårddiskar mekaniska delar. I dem roterar en serie skivor med hög hastighet så att information med dem med magnetiska huvuden läses och raderas. Låt oss se de viktigaste elementen som ingår i en hårddisk.

tallrikar

Det kommer att vara platsen där informationen lagras. De installeras horisontellt och varje däck består av två ytor eller magnetiserade inspelningsytor. Dessa är normalt tillverkade av metall eller glas. För att lagra informationen i dem har de celler där de kan magnetiseras positivt eller negativt (1 eller 0). Finishen på dem är exakt som en spegel, i dem lagras en enorm mängd data och ytan måste vara perfekt.

Läsa huvuden

Det näst viktigaste elementet är läshuvudena, som vi har en för varje ansikte eller inspelningsyta. Dessa huvuden tar inte riktigt kontakt med plattorna, så det är inte slitage på dem. När diskarna roterar skapas en tunn luftfilm som förhindrar räkning mellan den och spelhuvudet (ungefär 3 nm från varandra). Det är en av de viktigaste fördelarna jämfört med SSD: er, vars celler bryts ned med raderingar och skrivningar.

motorer

Vi har sett närvaron av många mekaniska element i en hårddisk, men den som visar det mest är förekomsten av motorer. Förutom fläktarna är det det enda sådana objektet på en dator och huvudkällan för långsamma hårddiskar. Motorn roterar plattorna med en viss hastighet, det kan vara 5 400 varv / min, 7 200 eller 10 000 varv per minut för snabbast. Tills du har uppnått hastigheten kommer du inte att kunna interagera med diskarna, och det är en stor källa till långsamhet.

Till detta lägger vi till motorn eller snarare elektromagneten som gör att läshuvuden rör sig för att vara placerade på platsen där data är. Detta tar också tid, eftersom det är ytterligare en långsam källa.

cachad

Åtminstone nuvarande enheter har ett minneschip inbyggt i den elektroniska kretsen. Detta fungerar som en bro för utbyte av information från de fysiska plattorna till RAM-minnet. Det är som en dynamisk buffert för att göra åtkomst till fysisk information lättare och är vanligtvis 64 MB.

inkapslad

Inkapslingen är mycket viktig för en hårddisk, eftersom till skillnad från SSD måste interiören vara helt trycksatt så att inte en enda dammfläck kommer in. Låt oss ta hänsyn till att plattorna roterar med en enorm hastighet, och huvudnålen mäter bara några få mikrometer. Varje fast element, oavsett hur litet, kan orsaka irreversibel skada på enheten.

anslutningar

För att avsluta har vi hela uppsättningen anslutningar på baksidan av paketet, som består av en SATA-strömkontakt och en annan för data. Tidigare hade IDE-hårddiskar också en panel för att välja driftsläge, slav eller master om enheterna delade en buss, men nu ansluter varje enhet till en separat port på moderkortet.

Form- och gränssnittsfaktorer på en hårddisk

I detta avseende är informationen ganska kort för närvarande eftersom vi bara hittar två formfaktorer. Den första är standarden för stationära datorer, med 3, 5-tums enheter och mått på 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Den andra är formfaktorn som används i 2, 5-tums bärbara datorer som mäter 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

När det gäller anslutningsteknik har vi för närvarande inte för många hårddiskar, eftersom vi är två:

SATA

Detta är kommunikationsstandarden i hårddiskar för nuvarande datorer som ersättning för IDE. I det här fallet används en seriell buss med AHCI-protokollet istället för parallellt för att överföra data. Det är betydligt snabbare än den traditionella IDE och effektivare med maximala överföringar på 600 MB / s. Dessutom tillåter det heta anslutningar av enheterna och har mycket mindre och mer hanterbara bussar. I vilket fall som helst kan en nuvarande mekanisk hårddisk endast nå upp till 400 MB / s vid läsning, medan SATA SSD: er utnyttjar denna buss fullt ut.

SAS

Detta är utvecklingen av SCSI-gränssnittet och det är en buss som fungerar seriellt som SATA, även om kommandon av typen SCSI fortfarande används för att interagera med hårddiskar. En av dess egenskaper är att det är möjligt att ansluta flera enheter på samma buss och att den också kan ge en konstant överföringshastighet för var och en av dem. Vi kan ansluta mer än 16 enheter och det har samma anslutningsgränssnitt som SATA-skivor, vilket gör den idealisk för montering av RAID-konfigurationer på servrar.

Hastigheten är mindre än SATA, men en viktig funktion är att SAS-styrenheten kan kommunicera med en SATA-disk, men en SATA-styrenhet kan inte kommunicera med en SAS-disk.

Fysiska, logiska och funktionella delar av hårddisken

Vi har redan sett de grundläggande delarna inuti, men detta är bara början att förstå hur det faktiskt fungerar. Och om du vill veta allt om dessa hårddiskar, är detta avsnitt det viktigaste eftersom det avgör hur en hårddisk fungerar, vilket kan göras på två sätt:

CHS (cylinderhuvudsektor): Det här systemet används i de första hårddiskarna, även om det ersattes av följande. Med hjälp av dessa tre värden är det möjligt att placera läshuvudet på den plats där data finns. Detta system var lätt att förstå, men krävde ganska långa positioneringsanvisningar.

LBA (logisk adressering i block): det är den som för närvarande används, i detta fall delar vi hårddisken i sektorer och vi tilldelar var och en ett unikt nummer, som om det var en minnesadress där spindeln ska vara belägen. I det här fallet kommer instruktionssträngen att vara kortare och mer effektiv och gör att skivan kan indexeras av systemet.

Diskens fysiska struktur

Låt oss se hur den fysiska strukturen på hårddisken är uppdelad, vilket avgör hur den fungerar.

• Spår: Spåren är de koncentriska ringarna som utgör inspelningsytan på skivan. Cylinder: En cylinder bildas av alla spår som är vertikalt inriktade på var och en av plattorna och ytorna. Det är inte något fysiskt, utan en imaginär cylinder. Sektor: Varje spår är uppdelat i bågar som kallas sektorer. I varje sektor lagras en data, och om en av dem förblir ofullständig kommer nästa data att gå i nästa sektor. Storleken på ZBR (bitzonzoninspelning) teknologisektorn varierar från inomhus till utomhusspår för att optimera utrymmet. De är vanligtvis 4KB, även om det kan ändras från operativsystemet. Kluster: Det är en gruppering av sektorer. Varje fil kommer att innehålla ett visst antal kluster, och ingen annan fil kan lagras i ett visst kluster.

Logisk struktur på en hårddisk

Det roliga är att den logiska strukturen på hårddisken har upprätthållits även för SSD: er trots att de fungerar annorlunda.

Boot sektor (MBR eller GPT)

Master Boot Record eller MBR är den första sektorn på hårddisken, spår 0, cylinder 0, sektor 1. Här lagras partitionstabellen på hela hårddisken och markerar början och slutet på dem. Boot Loader lagras också, där den aktiva partitionen där systemet eller operativsystemen är installerad samlas. För närvarande har den i nästan alla fall ersatts med GPT-partitionstil, som vi nu kommer att se mer detaljerat.

partitioner

Varje partition delar hårddisken i ett visst antal cylindrar och de kan vara i den storlek som vi vill tilldela dem. Denna information kommer att lagras i partitionstabellen. För närvarande finns det ett koncept med logiska partitioner, tillsammans med den dynamiska hårddisken, som vi till och med kan gå med i två olika hårddiskar och med tanke på systemet kommer det att fungera som en.

Skillnad mellan MBR och GPT

För närvarande finns det två typer av partitionstabeller tillgängliga för en HDD eller SSD, de av typen MBR eller de av typen GPT (Global Unique Identifier). GPT-partitioneringsstilen implementerades för EFI eller Extensible Firmware Interface-system, som har ersatt det gamla BIOS-datorsystemet. Så medan BIOS använder MBR för att hantera hårddisken är GPT inriktat på att vara det egna systemet för UEFI. Det bästa av allt är att detta system tilldelar en unik GUID till varje partition, det är som en MAC-adress, och tilldelaren är så lång att alla partitioner i världen kan namnges unikt, vilket praktiskt taget eliminerar fysiska begränsningar från en hårddisk när det gäller partitionering.

Detta är den första och mest synliga skillnaden med MBR. Medan det här systemet bara låter dig skapa 4 primära partitioner på en hårddisk med högst 2 TB, finns det i GPT ingen teoretisk begränsning för att skapa dem. Det kommer att vara operativsystemet som på något sätt gör denna begränsning, och Windows stöder för närvarande 128 primära partitioner.

Den andra skillnaden ligger i startsystemet. Med GPT kan UEFI BIOS själv skapa sitt eget startsystem och dynamiskt upptäcka innehållet på disken varje gång vi startar. Detta gör att vi kan starta en dator perfekt, även om vi byter hårddisk för en annan med en annan logisk distribution. I stället behöver MBR eller gamla BIOS-enheter en körbar för att identifiera den aktiva partitionen och kunna starta start.

Lyckligtvis är nästan alla nuvarande HDD- och SSD-hårddiskar förkonfigurerade med GPT-partitionssystemet, och i alla fall från själva systemet eller i kommandoläge med Diskpart kan vi modifiera detta system innan vi installerar Windows.

Filsystem på en hårddisk

För att avsluta med att använda en hårddisk måste vi lära oss vilka huvudfilsystem som används. De är en grundläggande del av användaren och lagringsmöjligheterna.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Genom att ignorera närvaron av FAT-systemet eftersom det är praktiskt taget värdelöst i nuvarande lagringssystem är FAT32 dess föregångare. Detta system gör det möjligt att tilldela 32-bitars adresser till kluster, så i teorin stöder det lagringsstorlekar på 8 TB. Verkligheten är att Windows begränsar denna kapacitet till 128 GB med filstorlekar som inte är större än 4 GB, så det är ett system som endast små USB-lagringsenheter använder.

För att övervinna begränsningarna för FAT32 skapade Windows exFAT-systemet, som stöder teoretiska filstorlekar på upp till 16 EB (Exabyte) och teoretiska lagringsstorlekar på 64 ZB (Zettabytes)

Det här systemet är det som används av Windows för att installera systemet och hantera filerna på hårddisken. Den stöder för närvarande 16 TB, 256 TB filer som maximal volymstorlek, och du kan konfigurera olika klusterstorlekar för formatering. Det är ett system som använder mycket utrymme för din volymkonfiguration, så partitionsstorlekar mer än 10 GB rekommenderas.

Det är Apples eget filsystem och ersätter det traditionella HFS genom att lägga till stöd för större filer och större volymer. Dessa storlekar är högst 8 EB.

Nu har vi att göra med Linux: s eget filsystem, för närvarande i sin EXT4- version. De stödda filstorlekarna är maximalt 16 TB och 1 EB som volymstorlek.

Slutligen är ReFS ett annat system som är patenterat av Microsoft och som är avsett att vara utvecklingen av NTFS. Det implementerades med Windows Server 2012, men vissa Windows 10 för distribution av företag stöder för närvarande det. Detta system förbättrar NTFS i många avseenden, till exempel genom att implementera skydd mot nedbrytning av data, fixa och misslyckas och redundans, RAID-support, verifiering av dataintegritet eller borttagning av chkdsk. Stöder filstorlekar på 16 EB och volymstorlekar på 1 YB (Yottabyte)

Vad är en RAID

Och nära relaterade till konceptet filsystem är RAID-konfigurationer. Det finns faktiskt bärbara datorer eller datorer som redan har en RAID 0-konfiguration för sin lagringskapacitet.

RAID står för Redundant Array of Independent Disks och det är ett datalagringssystem som använder flera lagringsenheter. I dem distribueras data som om det var en enda enhet, eller de replikeras för att säkerställa datorns integritet mot fel. Dessa lagringsenheter kan vara antingen HDD eller mekaniska hårddiskar, SSD eller solid state-enheter, till och med M.2.

För närvarande finns det ett stort antal RAID-nivåer, som består av att konfigurera och associera dessa hårddiskar på olika sätt. RAID 0 kopplar till exempel två eller flera skivor till en för att distribuera data på alla dem. Det är idealiskt för att utöka lagring genom att bara se en hårddisk i systemet, till exempel kan två 1 TB hårddiskar bilda en enda 2 TB. Å andra sidan är RAID 1 tvärtom, det är en konfiguration med två eller flera speglade skivor så att informationen hålls replikerad på var och en av dem.

Fördelar och nackdelar med en hårddisk kontra en SSD

Och slutligen kommer vi att sammanfatta och förklara de viktigaste skillnaderna mellan en mekanisk hårddisk och en solid state-enhet. För detta har vi redan en artikel där alla dessa faktorer förklaras i detalj, så vi kommer bara att göra en snabb syntes.

Enastående fördelar

• Kapacitet: Detta är en av de viktigaste fördelarna som en hårddisk har jämfört med en SSD, och det är inte precis för att SSD: er är små, utan för att deras kostnader stiger mycket. Vi vet att en hårddisk är långsammare än en SSD, 400 MB / s mot 5000 MB / s på de snabbaste enheterna, men lagringskapaciteten per enhet är perfekt för användning som datalager. För närvarande finns det 3, 5 ”HDD-enheter upp till 16 TB. Låg kostnad per GB: Följaktligen, från ovanstående, är kostnaden per GB mycket lägre på en hårddisk än på en SSD, så vi kan köpa mycket större enheter, men till ett lägre pris. En hårddisk på 2 TB finns till ett pris av cirka 60 euro, medan en 2 TB M.2 SSD är minst 220 euro eller mer. Hållbarhet: Och den tredje fördelen med en hårddisk är lagringstiden för dina plattor. Var noga med att inte nämna dess hållbarhet och motstånd, utan snarare antalet gånger vi kan skriva och radera celler, vilket är praktiskt taget obegränsat på mekaniska hårddiskar. På SSD: er är antalet begränsat till några tusen, vilket gör dem mycket mindre attraktiva för databaser och servrar.

nackdelar

• De är väldigt långsamma: med tillkomsten av SSD: er har mekaniska hårddiskar blivit den långsammaste enheten på en dator även under USB 3.1. Detta gör dem till ett nästan engångsalternativ för att installera ett operativsystem, som endast är avsett för data om vi verkligen vill ha en snabb dator. Vi pratar om siffror som placerar en HD 40-50 gånger långsammare än en SSD, det är inte nonsens. Fysisk storlek och buller: De är mekaniska och har plattor, deras storlek är ganska stor jämfört med M.2 SSD som bara mäter 22 × 80 mm. På samma sätt, med en motor och mekaniska huvuden gör dem ganska bullriga, särskilt när filer är fragmenterade. Fragmentering: distributionen i spår gör att data blir mer fragmenterade med tiden. Med andra ord kommer disken att fylla i sektorerna som har lämnats tomma vid radering, så läshuvudet måste göra många hopp för att kunna läsa en komplett fil. I ett SSD, som är ett minne för elektroniska celler, är alla tillgängliga med samma hastighet, precis som RAM-minnet, det här problemet finns inte.

Slutsats på hårddiskar

På detta sätt kommer vi till slutet av vår artikel som utvecklar djupgående ämnet för den mekaniska hårddisken. Utan tvekan är de element som åtminstone för majoriteten av användarna spelar en något mer liten roll genom att ha SSD: er med till och med 2 TB på marknaden. Men de är fortfarande stjärnalternativet för masslagring, eftersom vi därför inte behöver så mycket hastighet utan mycket utrymme.

Föreställ dig vad som skulle hända om vi har en SSD på 512 eller 256 GB och vi vill spara 4K-filmer, installera spel eller om vi är innehållsskapare. Om vi ​​vill ha hastighet måste vi spendera en förmögenhet på SSD, medan 20 TB med HDD skulle kosta oss cirka 600 euro, medan vi gör det med SSD SATA kan kosta oss cirka 2000 euro och om de är NVMe bättre, inte ens beräkna det.

Vi lämnar dig nu med några artiklar som kommer att vara praktiska för att komplettera informationen, och naturligtvis med våra guider.

Hur många hårddiskar har du på din dator och vilken typ är de? Använder du SSD och HDD?