Глава 2. Устройство и принцип работы внешнего жесткого диска

Автор Козлов А.В.

Под редакцией Мухтаровой А.И.

Эксперты: Литвяк А.А., Татаринов В.А.

Носители информации

Учебное пособие для начинающих продавцов-консультантов

Июнь, 2013 год

Раздел 1. Носители информации

Глава 1. Обзор современных носителей информации

К современным носителям электронной информации относятся такие носители как жесткие диски (HDD, ЭйчДиДи), твердотельные накопители (SSD, ЭсЭсДи), USB-флеш накопители (флеш-драйв, сленг – флешка) и оптические диски. Основное их назначение – длительное хранение информации, представленной в цифровом виде, а также ее перенос с одного устройства на другое. Ниже представлен обзор этих носителей.

Жесткие диски (Hard Disk Drive, хад диск драйв) – представляют собой одну или несколько жестких пластин в виде дисков на одной оси. С помощью магнитной записи (см. ниже) на эти диски наносится информация. Именно этот тип накопителей преобладает на рынке. HDD отличаются большой емкостью, низкой ценой, продолжительным сроком службы. Однако из-за особенностей конструкции (см. ниже) HDD боятся механических воздействий (тряски, ударов), особенно во время работы.

Жесткие диски можно разделить на четыре типа: внешние, диски для настольных компьютеров, для ноутбуков и для серверов. Каждый тип обладает своими конструктивными особенностями. В данном учебном материале будут рассматриваться внешние HDD (см. вторую главу). Ознакомиться с описанием жестких дисков для настольных компьютеров и ноутбуков можно в учебном материале «Компьютеры». Жесткие диски для серверов интересны узкому кругу специалистов и в магазинах бытовой электроники не представлены.

Твердотельные накопители (Solid-State Drive, солид-стэйт драйв) – устройства для хранения данных, в котором используется твердотельная память, обычно построенная на микросхемах флэш-памяти (см. ниже). SSD в сравнении с HDD обладает определенными преимуществами. Он работает бесшумно, не боится механических воздействий, обладает меньшими габаритами и низким энергопотреблением и в большинстве случаев обеспечивает более высокую скорость передачи данных. Благодаря этим особенностям твердотельные накопители нашли свое применение в устройствах, предназначенных для автономной работы (ноутбуки, планшетные компьютеры, видеокамеры). Из-за высокой стоимости SSD пока не получили большого распространения, как отдельное внешнее устройство хранения информации, поэтому в наших магазинах они не представлены и в данном учебном материале не освещаются.

USB-флеш накопитель – запоминающее устройство, использующее в качестве носителя микросхему флеш-памяти и подключаемое к компьютеру или иному считывающему устройству по интерфейсу USB. Основное преимущество флеш-драйва – это малый вес и размеры, бесшумность работы, портативность, низкое энергопотребление, устойчивость к механическим воздействиям. Благодаря USB-разъему и доступной цене флеш-драйв является универсальным средством хранения и переноса информации. С типичной конструкцией флеш-драйва можно ознакомиться в третьей главе.

Оптические диски – собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения (см. ниже). Для считывания информации используется обычно луч лазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. Диаметр стандартного оптического диска составляет 12 см, но также существует более компактная разновидность оптического диска с диаметром 8 см.

Можно выделить 3 поколения оптических дисков, которые существуют на данный момент на рынке. Основное различие между поколениями – используемые технологии записи. Разница в технологиях приводит к различию объемов записываемой информации у разных поколений. Рассмотрим каждое поколение подробнее.

К первому поколению относится компакт-диск (CD, СиДи). Его емкость составляет 700 мегабайт[1] (Мб). В течение развития технологии формат компакт-диска менялся, и на данный момент выделяют две разновидности: CD-R и CD-RW: первый – с возможностью записи на диск, второй – с возможностью перезаписи (ReWritable, риврайтэбл).

Ко второму поколению относится DVD-диски (ДиВиДи) с емкостью 4,7 гигабайта (Гб) для однослойного диска (см. ниже) с диаметром 12 см и 1,4 Гб для диска с диаметром 8 см. Основными форматами записи на DVD-диски являются DVD-R и DVD+R. Существуют варианты форматов DVD-R и DVD+R, используемые для перезаписываемых дисков: DVD-RW и DVD+RW соответственно. Также все перечисленные четыре типа DVD-дисков могут быть выполнены в виде двухслойного диска (не путать с двухсторонним[2]), что увеличивает емкость записи до 9,4 Гб (для 12 см) и 2,6 Гб (для 8 см). Такая разновидность DVD будет иметь аббревиатуру Dual layer (диэл лейя, сокр. DL (ДиЭл)). Например, DVD±R DL, DVD±RW DL. Диски с диаметром 8 см имеют в названии приставку mini, например miniDVD-R. Такие диски используются в DVD-видеокамерах.

Blu-Ray диск(блюрэй,BD) – третье поколение оптических дисков, имеет такие же физические размеры, что и DVD диск (12 см), но благодаря повышенной плотности записи его емкость составляет 25 Гб (двухслойный 50 Гб). Сокращенная аббревиатура для различных разновидностей блюрей дисков следующая: диск для однократной записи – BD-R, перезаписываемый диск – BD-RE, двухслойный диск также как в случае с DVD-диском имеет аббревиатуру DL. Кроме этого существуют трех и четырехслойные блюрей диски[3], которые имеют аббревиатуру XL и емкость 100 и 128 Гб соответственно.

Глава 2. Устройство и принцип работы внешнего жесткого диска

Внутри корпуса внешнего жесткого диска находится герметично запаянная зона, так называемая гермозона, которая содержит в себе основные элементы конструкции жесткого диска. Устройство гермозоны представлено на рис. 1. Круглые пластины (1), как правило, из алюминия, покрытые с верхней и нижней стороны слоем ферромагнитного материала[4], используются для хранения информации. От количества и размера пластин зависит ключевая характеристика жесткого диска – его емкость.

Количество пластин в жестком диске может варьироваться от 1 до 6. Чем больше пластин, тем выше емкость. Однако следует отметить, что увеличение количества пластин удорожает диск и снижает его надежность. Поэтому изготовители современных жестких дисков стараются уменьшить число пластин до 1 - 4.

Кроме количества пластин на емкость жесткого диска также влияет и размер этих пластин, который определяет форм-фактор (стандартизированный физический размер) жесткого диска. Сейчас производители выпускают жесткие диски с шириной в 1,8, 2,5, 3,5 дюйма. Наиболее распространены внешние жесткие диски с емкостью до 1 Тб с форм-фактором 2,5 дюйма. В таких дисках, как правило, используется 1-2 пластины.

Пластины помещены на ось, называемую шпинделем (2). При подаче электрического сигнала шпиндель начинает вращаться вокруг своей оси, заставляя вращаться пластины.

Чем выше скорость вращения, тем выше скорость обращения к хранящейся информации. Скорость вращения шпинделя внешних жестких дисков в большинстве случаев составляет 5400 оборотов в минуту (об/мин) или 7200 об/мин. При скорости вращения в 7200 об/мин и выше корпус гермозоны значительно нагревается, что заставляет производителей устанавливать на гермозону вентилятор. В результате размеры внешнего жесткого диска значительно увеличиваются, и теряется одно из главных достоинств внешних HDD – компактность. Поэтому внешние жесткие диски со скоростью вращения шпинделя в 7200 об/мин пользуются меньшей популярностью и в наших магазинах встречаются реже, чем аналогичные приборы со скоростью вращения в 5400 об/мин.

Информация на пластины наносится (или считывается с них) с помощью магнитных головок (3), которые расположены с двух сторон пластины (сверху и снизу). Осуществляется это посредством магнитной записи, принцип работы которой состоит в следующем. При вращении пластины над ее поверхностями создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностями пластины. Когда головка оказывается над областью пластины, в которую требуется записать данные, на нее подается электрический ток, благодаря чему около головки создается магнитное поле. Магнитное поле головки меняет в этой области намагниченность ферромагнитного слоя пластины. Таким образом, на жестком диске сохраняется информация. Чтение информации происходит таким же образом. Только в этом случае на головку электрический ток не подается и, следовательно, она парит над пластиной без магнитного поля. Однако на нее воздействуют намагниченные области самой пластины, в результате чего в головке возникает, так называемый остаточный электрический сигнал, передающийся далее в контроллер (см. ниже).

Головки крепятся на коромысле (4), которое в свою очередь является частью устройства позиционирования головок. Данное устройство удерживает головки в парковочной зоне, когда жесткий диск выключен, и перемещает их к пластине, когда на жесткий диск подается электропитание (то есть пластины начинают вращаться).

Контроллер – представляет собой микросхему, в составе которой можно выделить микропроцессор жесткого диска и кэш-память. Микропроцессор отвечает за выполнение логических операций и операций управления. В кэш-память копируются данные, извлеченные из пластин перед их передачей на внешний прибор, к которому подключен жесткий диск. Наличие такого буфера позволяет частично сгладить разницу между внутренней скоростью передачи данных (с пластины в кэш-память) и пропускной способностью интерфейсов. Внешние жесткие диски оснащаются интерфейсом USB – это универсальный интерфейс передачи данных, который является на сегодняшний день самым распространенным интерфейсом для подключения периферийных устройств к компьютеру. Он может быть двух версий – 2.0 и 3.0.

Пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с[5]. Однако внутренняя скорость передачи данных гораздо ниже этого показателя. Благодаря кэш-памяти (ее объем в этом случае составляет 8 Мб) скорость передачи данных в жестких дисках достигает 60 Мбит/с.

Пропускная способность интерфейса USB 3.0 достигает показателя в 4,8 Гбит/с, то есть в 10 раз больше, чем у предыдущей версии. Соответственно скорость передачи данных в этом случае тоже увеличивается в 10 раз и составляет 600 Мбит/с, но для достижения такого показателя необходимо увеличить объем кэш-памяти, поэтому в жестких дисках оснащенных USB 3.0 объем кэш-памяти составляет, как правило, 32Мб.

Электропитание внешнего жесткого диска осуществляется также через USB-разъем, однако некоторым накопителям (например, жестким дискам со скоростью вращения 7200 об/мин) требуется дополнительное питание. Такие модели комплектуются внешним блоком питания.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: