Файл: Устройство персонального компьютера (Базовая аппаратная конфигурация).pdf

Рис. 2.5. 2,5-дюймовый жесткий диск с интерфейсом SATA и 4-контактным служебным разъемом для доступа к микропрограмме диска. Гермозона вскрыта.

В отличие от гибкого диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего диоксида хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Со второй половины 2000-х годов получили распространение более производительные твердотельные накопители, вытесняющие дисковые накопители из ряда применений несмотря на более высокую стоимость единицы хранения; жёсткие диски при этом, по состоянию на середину 2010-х годов, получили широкое распространение как недорогие и высокоёмкие устройства хранения как в потребительском сегменте, так и корпоративном.

Вследствие наличия термина логический диск, магнитные диски (пластины) жёстких дисков, во избежание путаницы, называются физический диск, сленговое — блин. По этой же причине твердотельные накопители иногда называются жёсткий диск SSD, хотя магнитные диски и подвижные устройства в них отсутствуют.

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке за счёт электромагнитной индукции.

С конца 1990-х на рынке устройств хранения информации начали применяться головки на основе эффекта гигантского магнитного сопротивления (ГМС).
С начала 2000-х головки на основе эффекта ГМС стали заменяться на головки на основе туннельного магниторезистивного эффекта (в них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления в зависимости от изменения напряжённости магнитного поля; подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации, особенно при больших плотностях записи информации). В 2007 году устройства на основе туннельного магниторезистивного эффекта с оксидом магния (эффект открыт в 2005 году) полностью заменили устройства на основе эффекта ГМС.

Основные характеристики жестких дисков (HDD):

Форм-фактор – это ширина жесткого диска в дюймах. Стандартный размер для настольного компьютера 3.5 дюйма, а для ноутбуков 2.5 дюйма;

Интерфейс – в современных компьютерах используется подключения к материнской плате SATA различных версий. SATA, SATA II, SATA III. В старых компьютерах используется интерфейс IDE.

Ёмкость – это максимальное количество информации, которое может хранить жесткий диск, измеряется в гигабайтах;

Скорость вращения шпинделя – это количество оборотов шпинделя в минуту. Чем больше скорость вращения диска, тем лучше. Для операционных систем необходимо ставить диски от 7 200 об/мин и выше, а для хранения файлов можно устанавливать диски с меньшей скоростью.

Время наработки на отказ – это среднее время безотказной работы, расчитанное производителем. Чем оно больше, тем лучше;

Время произвольного доступа — это среднее значение времени, требуемое головке для позиционирования на произвольном участке пластины. Величина не постоянная.

Ударостойкость – это способность жесткого диска переносить смену давления и удары.

Уровень шума, который издает диск во время работы, измеряется в децибеллах. Чем он меньше, тем лучше.

2.3. Твердотельный накопитель

Твердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное энергонезависимое немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, альтернатива HDD. Кроме микросхем памяти, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространённый вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-память типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создаётся на базе DRAM-памяти, снабжённой дополнительным источником питания — аккумулятором[1], рис. 2.6, 2.7.

Рис. 2.6. 2,5-дюймовый SSD-накопитель 2010 года с интерфейсом SATA II, использовавшийся в ноутбуках и компьютерах

Рис. 2.7. SSD ADATA IM2S3138E-128GM-B с интерфейсом M.2

В настоящее время твердотельные накопители используются как в носимых (ноутбуках, нетбуках), так и в стационарных компьютерах для повышения производительности. Наиболее производительными сейчас выступают SSD формата M.2 NVME, у них при подходящем подключении скорость записи/чтения данных может достигать 3800 мегабайт в секунду.

По сравнению с традиционными жёсткими дисками (HDD) твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, являются беззвучными, а также многократно более устойчивы к повреждениям (например, к падению) и имеют гораздо бóльшую скорость записи. В то же время, они имеют в несколько раз бóльшую стоимость в расчете на гигабайт и меньшую износостойкость (ресурс записи).

SSD представляют собой устройства, хранящие данные в микросхемах вместо вращающихся металлических дисков или магнитных лент. Причина их появления отражает тот факт, что скорость обработки данных в процессоре намного превышает скорость записи данных в HDD. Магнитные диски на протяжении десятилетий доминировали в корпоративном сегменте хранения данных, за это время (с 1950-х) ёмкость носителей выросла в двести тысяч раз, скорость работы процессоров тоже сильно возросла, но скорость доступа к данным изменилась значительно меньше и диски стали «узким местом». Проблему решают твердотельные накопители — они обеспечивают намного большие скорости работы с данными по сравнению с жёсткими дисками.

SSD за счёт использования микросхем флеш-памяти по своим характеристикам существенно отличаются от жёстких дисков с магнитными пластинами. С целью оптимизации использования SSD в 2011 году был разработан логический интерфейс NVMe — англ. Non-Volatile Memory Express, поддержка которого была добавлена в Windows, начиная только с версии 8.1. В Windows 7 поддержку протокола обеспечивает исправление (hotfix) KB2990941. К тому же не все материнские платы поддерживают протокол NVMe. Поэтому некоторые модели SSD выпускаются в двух версиях — AHCI и NVMe

Основные характеристики твердотельных накопителей:

Емкость

Нетбуки и субноутбуки обычно оснащаются моделями SSD-дисков объемом 8 Гб, иногда 32 Гб, в обычных же ноутбуках этот параметр достигает 256 и 516 Гб. От емкости диска очень сильно зависит его стоимость.

Для стабильной работы системы достаточно объема памяти 60-90 Гб. Наиболее распространены модели емкостью 128 Гб.

Тип памяти

Существуют два типа памяти, которые применяют при построении SSD-дисков: SLS и MLS.

SLS – тип памяти, состоящий из ячеек, содержащих 1 бит информации, и способных иметь только два уровня заряда – 0 и 1. Ее преимущество в более высокой скорости работы и долговечности, а ее недостаток – высокая цена.

MLS – тип многоуровневой памяти, содержащей ячейки на несколько бит. Ячейки такого типа способны находиться в разных состояниях заряда, что способствует увеличению емкости. Недостатки такого типа памяти – увеличение времени доступа к данным и снижение срока службы из-за уменьшения количества перезаписи в десять раз по сравнению с SLS. Ресурс работы диска на MLS-памяти в среднем не превышает трех лет. Соответственно, и стоят устройства с MLS-памятью гораздо дешевле.

Контроллер

Главная часть SSD-накопителя – контроллер, от которого зависит быстрота, устойчивость, надежность и качество работы устройства. Есть несколько типов контроллеров, среди которых можно выделить шесть самых популярных.

JMicron – из первого поколения, имеет низкую производительность и небольшой объем кэш-памяти, однако по цене самый доступный из всех. Сегодня встретить такой тип контроллера маловероятно. Однако невысокая стоимость вызвала в свое время всплеск продаж, и возможно, производители вскоре выведут на рынок новые решения этого типа устройств.

Indilinx – хорошая производительность при небольшой толщине диска и объемах памяти до 512 Гб.

SandForce – наиболее широко распространенный тип контроллера. В основе его работы лежит принцип компрессии данных, которая выполняется непосредственно перед записью на диск. Недостаток – усложненная логика работы такого контроллера, однако этот минус оправдывается высоким быстродействием и сокращением времени обращения к памяти. Данные уменьшенного объема занимают меньше места, что снижает количество обращений к ее ячейкам, а следовательно – такая технология увеличивает срок службы носителя.

Marvell – несколько уступающий SandForce по скорости работы тип контроллера, и не такой дорогой.

Samsung – используется в одноименных моделях SSD-накопителей, с достаточно высокой скоростью работы и немалым объемом кэш-памяти.

Intel – чаще всего используется для серверов и рабочих станций ввиду своей надежности. Стать лидером рынка контроллеров данным устройствам мешает лишь весьма низкая скорость записи.

Интерфейс

Интерфейсы SATA, SATA2 и SATA3 наиболее распространены для SSD-накопителей, обеспечивая параллельный обмен данных с компьютером и не требуя при этом установки дополнительного ПО.

Интерфейс PCIe встречается реже, поддерживая гораздо более быстрый обмен данными с компьютером, требуя при этом в большинстве случаев установки специального драйвера.

MTBF – количество часов наработки на отказ

Данный показатель указывается производителем и колеблется от 1 до 2 миллионов часов, однако на самом деле ни один диск столько не проработает из-за износа памяти. Поэтому на эту цифру внимания можно не обращать.

2.4. Дисковод гибких дисков

Информация на жестком диске может храниться годами, однако иногда требуется ее перенос с одного компьютера на другой. Несмотря на свое название, жесткий диск является весьма хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам. Теоретически, переносить информацию с одного рабочего места на другое путем переноса жесткого диска возможно, и в некоторых случаях так и поступают, но все-таки этот прием считается нетехнологичным, поскольку требует особой аккуратности и определенной квалификации.

Для оперативного переноса небольших объемов информации используют так называемые гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специальный накопитель — дисковод. Приемное отверстие накопителя находится на лицевой панели системного блока. Правильное направление подачи гибкого диска отмечено стрелкой на его пластиковом кожухе.

Основными параметрами гибких дисков являются: технологический размер (измеряется в дюймах), плотность записи (измеряется в кратных единицах) и полная емкость.

2.5. Дисковод компакт-дисков CD-ROM

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) переводится на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска. Принцип действия этого устройства состоит в считывании числовых данных с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Цифровая запись на компакт-диске отличается от записи на магнитных дисках очень высокой плотностью, и стандартный компакт-диск может хранить примерно 650 Мбайт данных.

Большие объемы данных характерны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), поэтому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа. Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, называют мультимедийными изданиями. Сегодня мультимедийные издания завоевывают все более прочное место среди других традиционных видов изданий. Так, например, существуют книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаемые на CD-ROM.