▷ Vad är en hårddisk och hur fungerar den

Idag kommer vi att se i detalj vad en hårddisk är och vad den är till för. Det är möjligt att vi idag inte hade persondatorer om det inte var för uppfinningen av lagringsenheter. Dessutom skulle tekniken inte ha utvecklats lika mycket om dessa stöd inte fanns för att kunna lagra så mycket information.

Vi vet att en hårddisk inte är en kritisk enhet för drift av en dator, eftersom den kan fungera om den. Men utan data är användbarheten av en dator praktiskt taget noll .

Innehållsindex

Slutligen får hårddiskarna i den här skadade eller SSD marken över traditionella hårddiskar, vilket är de som vi kommer att täcka i den här artikeln. Detta ger emellertid fortfarande större lagringskapacitet och mer hållbarhet. Så låt oss se vad en hårddisk är och hur den fungerar

Vad är en hårddisk?

Det första vi måste göra är att definiera vad en hårddisk är. En hårddisk är en enhet för att lagra data på ett icke-flyktigt sätt, det vill säga den använder ett magnetiskt inspelningssystem för att lagra digital data. På detta sätt är det möjligt att lagra den inspelade informationen på ett medium permanent (därför är den inte flyktig). Kallas också hårddiskar eller hårddiskenheter.

Hårddisken består av en eller flera styva plattor insatta i en hermetisk låda och sammanfogas av en gemensam axel som roterar med hög hastighet. På var och en av ankorna, som normalt har sina två ansikten avsedda att lagras, finns det två separata läs- / skrivhuvuden.

Hårddiskar är en del av datorns sekundära minne eller vita i diagrammet, minnesnivå 5 (L5) och nedan. Det kallas sekundärminne eftersom det är datakällan så att huvudminnet (RAM-minnet) kan ta dem och arbeta med dem skicka och ta emot instruktioner från CPU eller processor. Detta sekundära minne kommer att vara det med den största kapaciteten som finns på en dator och kommer inte heller att vara flyktigt. Om vi ​​stänger av datorn kommer RAM-minnet att tömmas, men inte en hårddisk.

Fysiska komponenter på en hårddisk

Innan du känner till hur hårddisken fungerar är det bekvämt att lista och definiera de olika fysiska komponenterna som en hårddisk har:

• Rätter: kommer att vara där informationen lagras. De är arrangerade horisontellt och varje platta består av två ytor eller magnetiserade ytor, en övre och en nedre yta. Detta är normalt konstruerat av metall eller glas. För att lagra informationen i dem har de celler där de kan magnetiseras positivt eller negativt (1 eller 0). Läshuvud: det är elementet som fungerar som läs- eller skrivfunktionen. Det kommer att finnas ett av dessa huvuden för varje yta eller yta på plattan, så om vi har två plattor kommer det att finnas fyra läshuvuden. Dessa huvuden kommer inte i kontakt med plattorna, om detta händer kommer skivan att repas och data skadas. När diskarna roterar skapas en tunn luftfilm som förhindrar räkning mellan den och spelhuvudet (ungefär 3 nm från varandra). Mekanisk arm: de kommer att vara de element som ansvarar för att hålla läshuvuden. De ger tillgång till diskens information genom att flytta läshuvuden på ett linjärt sätt från insidan till utsidan av dem. förskjutningen av dessa är mycket snabb, även om de på grund av att de är mekaniska element har ganska många begränsningar vad gäller läshastigheten. Motorer: Vi har två motorer inuti en hårddisk, en för att rotera plattorna, normalt med en hastighet mellan 5000 och 7200 varv per minut (varv / minut). Och vi kommer också att ha en annan för rörelse av de mekaniska armarna Elektroniska kretsar: utöver mekaniska element innehåller hårddisken också en elektronisk krets som ansvarar för att hantera funktionerna för huvudpositionering och läsning och skrivning av detta. Denna krets ansvarar också för att kommunicera hårddisken med resten av datorkomponenterna, och översätta positionerna för cellerna på plattorna till adresser som kan förstås av RAM- och CPU-minnet. Cacheminne: nuvarande hårddiskar har ett minneschip integrerat i den elektroniska kretsen som fungerar som en bro för utbyte av information från de fysiska plattorna till RAM-minnet. Det är som en dynamisk buffert för att lättare få tillgång till fysisk information. Anslutningsportar: På baksidan av disken och utanför paketet finns anslutningsportarna. De består vanligtvis av bussanslutningen till moderkortet, 12 V-strömkontakten och, för IDE: er, med jumperfack för val av master / slav.

Anslutningsteknologier

Hårddisken måste vara ansluten till moderkortet på datorn. Det finns olika anslutningstekniker som ger hårddiskar egenskaper eller tider.

IDE (Integrated Device Electronics):

Även känd som ATA eller PATA (Parallel ATA). Fram till nyligen har det varit standardmetoden att ansluta hårddiskar till våra datorer. Det gör det möjligt att ansluta två eller flera enheter via en parallell buss som består av 40 eller 80 kablar.

Denna teknik är också känd som DMA (Direct Memory Access), eftersom den tillåter direkt anslutning mellan RAM och hårddisken.

För att ansluta två enheter till samma buss måste det konfigureras som mästare eller slavar. På detta sätt kommer regulatorn att veta vem den ska skicka data eller läsa dess data och att det inte finns någon informationskorsning. Denna konfiguration görs genom en bygel på själva enheten.

• Master: det måste vara den första enheten som är ansluten till bussen, normalt måste en hårddisk konfigureras i masterläge framför en DC / DVD-läsare. Du måste också konfigurera en Master-motorcykelhårddisk om operativsystemet är installerat. Slave: är den sekundära enheten som är ansluten till en IDE-buss. För att vara en slav måste det först finnas en mästare.

Den maximala överföringshastigheten för en IDE-anslutning är 166 MB / s. även kallad Ultra ATA / 166.

SATA (Seriell ATA):

Detta är den nuvarande kommunikationsstandarden på dagens datorer. I detta fall kommer en seriell buss att användas istället för att parallellt för att överföra data. Det är mycket snabbare än den traditionella IDE och mer effektiv. Dessutom tillåter det heta anslutningar av enheterna och har mycket mindre och mer hanterbara bussar.

Den nuvarande standarden finns i SATA 3 som tillåter överföringar på upp till 600 MB / s

SCSI (Small Computer System Interface):

Detta parallella gränssnitt är designat för hårddiskar med hög lagringskapacitet och höga rotationshastigheter. Denna anslutningsmetod har traditionellt använts för servrar och kluster av stora lagringshårddiskar.

En SCSI-styrenhet kan samtidigt arbeta med 7 hårddiskar på en daisy-chain-anslutning på upp till 16 enheter. Om den maximala överföringshastigheten är 20 Mb / s

SAS (seriellt bifogat SCSI):

Det är utvecklingen av SCSI-gränssnittet och, precis som SATA, är det en buss som fungerar i serie, även om kommandon av typen SCSI fortfarande används för att interagera med hårddiskar. En av dess egenskaper, utöver de som tillhandahålls av SATA, är att flera enheter kan anslutas på samma buss och det kan också tillhandahålla en konstant överföringshastighet för var och en av dem. Det är möjligt att ansluta mer än 16 enheter och det har samma anslutningsgränssnitt som SATA-diskarna.

Dess hastighet är mindre än SATA, men med större anslutningskapacitet. En SAS-controller kan kommunicera med en SATA-disk, men en SATA-controller kan inte kommunicera med en SAS-disk.

Formfaktorer som används

När det gäller formfaktorerna finns det flera typer av dem uppmätta i tum: 8, 5´25, 3´5, 2´5, 1´8, 1 och 0´85. Även om de mest använda är 3, 5 och 2, 5 tum.

3, 5 tum:

Mätningarna är 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Det är samma storlek som CD-spelare, även om de är högre (41, 4 mm). Dessa hårddiskar är de vi använder i praktiskt taget alla stationära datorer.

2, 5 tum:

Mätningarna är 69, 8 x 9, 5 x 100 mm och är de typiska måtten på en diskettenhet. Dessa hårddiskar används för bärbara datorer, som är mer kompakta, små och lätta.

Fysisk och logisk struktur

Efter att ha sett de fysiska komponenterna på en hårddisk måste vi veta hur dess datastruktur är uppdelad i varje platta på hårddisken. Som vanligt handlar det inte bara om att registrera informationen slumpmässigt på disken, de har sin egen logiska struktur som ger åtkomst till specifik information lagrad på dem.

Innehållets fysiska struktur

Spåret (spår)

Var och en av skivorna är uppdelad i koncentriska ringar, från insidan till utsidan av varje ansikte. Spår 0 representerar hårddiskens ytterkant.

cylinder

De är uppsättningen av flera spår. En cylinder bildas av alla cirklar som är vertikalt inriktade på var och en av plattorna och ytorna. De skulle bilda en imaginär cylinder på hårddisken.

sektorn

Spåren i sin tur är indelade i bågar som kallas sektorer. Dessa avsnitt är där datablocken lagras. Storleken på sektorerna är inte fast, även om det är normalt att hitta den med en kapacitet på 510 B (byte), vilket uppgår till 4 KB. Tidigare fixades storleken på sektorerna för varje slitbana, vilket innebar att de yttre spåren med en större diameter slösades bort på grund av att de hade tomma hål. Detta ändrades med ZBR-tekniken (Bit Recording by Zones) som gör att utrymmet kan användas mer effektivt genom att variera antalet sektorer beroende på spårets storlek (spår med större radie, fler sektorer)

Cluster

Det kallas också en tilldelningsenhet och är en gruppering av sektorer. Varje fil kommer att innehålla ett visst antal kluster, och ingen annan fil kan lagras i ett visst kluster.

Om vi ​​till exempel har ett 4096 B-kluster och en 2700 B-fil kommer det att innehålla ett enda kluster och det kommer också att ha utrymme i det. Men inga fler filer kan lagras på den. När vi formaterar en hårddisk kan vi tilldela en viss klusterstorlek till den, ju mindre klusterstorleken desto bättre blir utrymmet på den tilldelad, särskilt för små filer. Även om det tvärtom kommer att vara svårare att få tillgång till uppgifterna för läshuvudet.

Det föreslås att 4096 KB-kluster är idealiska för stora lagringsenheter.

Innehållets logiska struktur

Den logiska strukturen bestämmer hur datan organiseras inuti den.

Boot sektor (Master Boot Record):

Också allmänt kallad MBR, är det den första sektorn på hela hårddisken, det vill säga spår 0, cylinder 0 sektor 1. Detta utrymme lagrar partitionstabellen som innehåller all information om start och slut på partitionerna. Mester Boot-programmet lagras också, detta program ansvarar för att läsa denna partitionstabell och tillhandahålla kontroll till startsektorn för den aktiva partitionen. På detta sätt startar datorn från operativsystemet för den aktiva partitionen.

När vi har flera operativsystem installerade på olika partitioner, kommer det att behöva installeras en bootloader så att vi kan välja vilket operativsystem vi vill starta.

Partitionsutrymme:

Hårddisken kan bestå av en komplett partition som täcker hela hårddisken eller flera av dem. 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.

Var och en av partitionerna kommer att tilldelas ett namn som kallas en etikett. I Windows kommer det att vara bokstäver C: D: C:, etc. För att en partition ska vara aktiv måste den ha ett filformat.

Opartitionerat utrymme:

Det kan också finnas ett visst utrymme som vi ännu inte har partitionerat, det vill säga att vi inte har gett det ett filformat. I det här fallet är det inte tillgängligt att lagra filer.

Adresseringssystem

Adresseringssystemet gör att läshuvudet kan placeras på den exakta platsen där data som vi tänker läsa finns.

CHS (cylinder - huvud - sektor): Detta var det första adresseringssystemet som användes. Med hjälp av dessa tre värden var det möjligt att placera läshuvudet på den plats där data finns. Detta system var lätt att förstå, men krävde ganska långa positioneringsanvisningar.

LBA (logisk blockering): i detta fall delar vi hårddisken i sektorer och tilldelar var och en ett unikt nummer. I detta fall kommer instruktionskedjan att vara kortare och mer effektiv. Det är metoden som för närvarande används.

Filsystem

För att lagra filer på en hårddisk måste den veta hur detta kommer att lagras. Därför måste vi definiera ett filsystem.

FAT (File Allocate Table):

Det är baserat på att skapa en filallokeringstabell som är skivans index. Kluster som används av varje fil lagras, liksom fria och felaktiga eller fragmenterade kluster. På det här sättet, om filerna distribueras i icke-sammanhängande kluster, genom denna tabell kommer vi att kunna veta var de är.

Det här filsystemet kan inte fungera med partitioner större än 2 GB

FAT 32:

Detta system tar bort 2 GB FAT-begränsningen och tillåter mindre klusterstorlekar för större kapacitet. USB-lagringsenheter använder vanligtvis detta filsystem eftersom det är det mest kompatibla för olika operativsystem och multimediaenheter som ljud- eller videospelare.

En begränsning vi har är att vi inte kan lagra filer större än 4 GB.

NTFS (New Technology File System):

Det är filsystemet som används för Windows-operativsystem efter Windows NT. Begränsningarna för filer och partitioner i FAT-system elimineras och även all större säkerhet för de lagrade filerna eftersom det stöder filkryptering och konfiguration av behörigheter för dessa. Dessutom tillåter det fördelning av olika klusterstorlekar för olika partitionsstorlekar.

Begränsningen för detta filsystem är att det inte är fullt kompatibelt med Linux eller Mac OS i äldre versioner. Och framför allt stöds det inte av multimediaenheter som ljud- och videospelare eller TV.

HFS (hierarkiskt filsystem):

System utvecklat av Apple för sina MAC-operativsystem. Det är ett hierarkiskt filsystem som delar en volym eller en partition i logiska block på 512 B. Dessa block är grupperade i allokeringsblock.

EXT Utökat filsystem):

Det är filsystemet som används av Linux-operativsystem. Det finns för närvarande i sin Ext4-version. Detta system kan arbeta med stora partitioner och optimera filfragmentering.

En av dess mest utmärkta funktioner är att den kan filsystem före detta och senare.

Hur man vet om en hårddisk är bra

Det finns olika mått som bestämmer kapaciteten på en hårddisk när det gäller prestanda och hastighet. Dessa måste beaktas för att veta hur man kan jämföra prestanda på en hårddisk till en annan.

• Rotationshastighet: det är den hastighet som plattorna på hårddisken roterar. Vid högre hastigheter kommer vi att ha högre dataöverföringshastigheter, men också större buller och uppvärmning. Det bästa sättet är att köpa en IDE- eller SATA-enhet med mer än 5400 rpm. Om det är SCSI indikeras det att den har mer än 7200 rpm. Högre rotation uppnår också lägre genomsnittlig latens. Genomsnittlig latens: det är tiden som läshuvudet kommer att ta i den angivna sektorn. Spelhuvudet måste vänta på att skivan roterar för att hitta sektoren. Därför, vid högre varv per minut, lägre latens. Genomsnittlig söktid: tid det tar spelhuvudet att komma till det angivna spåret. Det är mellan 8 och 12 millisekunder Åtkomsttid: tid det tar för läsaren att komma åt sektorn. Det är summan av den genomsnittliga latensen och den genomsnittliga söktiden. Tid mellan 9 och 12 millisekunder. Skriv / läs tid : Denna tid beror på alla andra faktorer och förutom filstorleken. Cacheminne: Fastminne, t.ex. RAM som tillfälligt lagrar data som läses från disken. På detta sätt ökar läshastigheten. Ju mer cacheminne, desto snabbare blir läsningen / skrivningen. (mycket viktigt) Lagringskapacitet: det är uppenbarligen mängden tillgängligt utrymme för lagring av data. Ju mer desto bättre. Kommunikationsgränssnitt: Hur data överförs från disk till minne. SATA III-gränssnittet är det snabbaste för närvarande för denna typ av hårddiskar.

Om du också vill veta mer om hårdvara i detalj rekommenderar vi våra artiklar:

• Varför är det INTE nödvändigt att defragmentera en SSD?

Med detta avslutar vi vår förklaring av hur en hårddisk är och hur den fungerar. Förhoppningsvis har det varit mycket användbart för dig och du förstår redan vikten av att ha en bra hårddisk.