Открыть сервисСервис

Жёсткий диск (HDD)

Жёсткий диск (HDD, от англ. Hard Disk Drive) — магнитное запоминающее устройство, предназначенное для долговременного хранения цифровой информации. Относится к классу вторичных запоминающих устройств компьютера. В отличие от оперативной памяти, HDD сохраняет данные при отключении питания. Основные характеристики: ёмкость (от десятков гигабайт до десятков терабайт), скорость вращения шпинделя, интерфейс подключения.

Устройство

Жёсткий диск состоит из нескольких основных компонентов:

  • Пластинчатый блок (пластины) — круглые диски из алюминиевого сплава или керамики, покрытые тонким магнитным слоем. Именно на пластинах хранятся данные. В современных HDD используется от одной до четырёх пластин.
  • Считывающие головки — крошечные электромагниты, расположенные над поверхностью пластин на расстоянии нескольких нанометров. Считывают и записывают информацию.
  • Шпиндель — вал, вращающий пластины с постоянной скоростью (обычно 5400 или 7200 об/мин, для серверных моделей — до 15 000 об/мин).
  • Актуатор — механизм, перемещающий головки по поверхности пластины. Современные HDD используют винтовой привод (Voice Coil).
  • Плата управления — электронная плата, управляющая работой устройства и обеспечивающая обмен данными с компьютером.

Вся механическая часть герметично закрыта в корпусе, так как даже мельчайшая пылинка, попавшая между головкой и пластиной, может привести к повреждению данных (так называемый «контакт головки с диском» — Head Crash).

Принцип работы

Данные записываются на магнитный слой пластины в виде последовательностей магнитных доменов — областей с определённой ориентацией намагниченности. Пластина разделена на дорожки (треки), а каждая дорожка — на сектора. Считывающая головка, перемещаясь по радиусу пластины, считывает или записывает информацию по мере вращения диска.

Скорость доступа к данным зависит от нескольких факторов:

  1. Скорости вращения шпинделя (задаёт латентность, время ожидания оборота нужного сектора под головкой).
  2. Скорости перемещения головок (время поиска — Seek Time).
  3. Скорости потоковой передачи данных (определяется плотностью записи и скоростью вращения).

Средняя латентность для диска 7200 об/мин составляет около 4,17 мс, время поиска — от 2 до 12 мс в зависимости от модели.

Интерфейсы подключения

За историю жёстких дисков использовалось несколько интерфейсов:

ИнтерфейсГоды использованияМакс. скорость передачи
ST-506 / MFM / RLL1980-едо 10 МБ/с
IDE (ATA / PATA)1986–2000-едо 133 МБ/с
SCSI1986–2000-едо 320 МБ/с
SATA2003 — настоящее времядо 600 МБ/с (SATA III)
SAS2004 — настоящее времядо 1200 МБ/с

В настольных компьютерах наиболее распространён интерфейс SATA (Serial ATA), в серверах — SAS (Serial Attached SCSI).

Краткая история

  • 1956 год — компания IBM представила первый коммерческий жёсткий диск IBM 350 RAMAC. Ёмкость составляла 5 МБ, вес устройства — около 1 тонны, размер — два больших холодильника.
  • 1973 год — IBM выпустила модель IBM 3340 Winchester, давшую название технологии «винчестер». В ней впервые были объединены пластины и головки в одном герметичном блоке.
  • 1980-е — появление форм-фактора 3,5 дюйма для настольных компьютеров и 2,5 дюйма для ноутбуков.
  • 2007 год — Seagate выпустила первый HDD ёмкостью 1 ТБ.
  • 2010-е — внедрение технологии записи SMR (Shingled Magnetic Recording), а затем CMR/PMR для увеличения плотности.
  • 2020-е — HDD с ёмкостью до 24 ТБ (Seagate Exos, Western Digital Ultrastar), используются технологии HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) и MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording).

Форм-факторы

Форм-факторПрименение
3,5 дюймаНастольные компьютеры, внешние накопители, серверы
2,5 дюймаНоутбуки, мини-ПК, серверные стойки
1,8 дюймаУльтрабуки (в настоящее время практически не используются)

HDD и SSD

Главным конкурентом HDD является твердотельный накопитель (SSD), использующий флеш-память без подвижных частей. SSD превосходит HDD по скорости случайного доступа (в сотни раз), устойчивости к ударам и шуму, но стоит дороже за гигабайт. HDD сохраняет преимущество по цене на ёмкость, поэтому продолжает широко применяться в системах массового хранения данных, архивных системах, внешних накопителях и домашних серверах (NAS).

Применение

Жёсткие диски используются в:

  • персональных компьютерах и ноутбуках как основное долговременное хранилище;
  • серверах и дата-центрах (в том числе в RAID-массивах для отказоустойчивости);
  • системах видеонаблюдения (NAS-системы для хранения архивов записей);
  • игровых приставках;
  • внешних переносных накопителях.

История

  • IBM. Электронно-вычислительные машины. — М.: Наука, 1984.
  • Мурашов С. В. Жёсткие диски: теория и практика. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005.
  • Каталоги производителей Seagate, Western Digital, Toshiba.
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru