Pevný disk - všetko, čo potrebujete vedieť

Použitie pevného disku ako hlavnej úložnej jednotky je už očíslované. Vďaka vzhľadu veľmi rýchlych SSD boli HDD odsunuté do pozadia, aj keď nie sú o nič menej dôležité, pretože sú ideálne pre hromadné ukladanie. Jednotky, ktoré v súčasnosti dosahujú 16 TB, a ktoré za niečo vyše 60 EUR môžu mať v našom počítači 2 TB, niečo, čo je pre mnohých z nás stále mimo dosahu, ak je cena SSD.

V tomto článku zostavíme všetko, čo potrebujete vedieť o pevných diskoch, ich fungovaní, vlastnostiach a najmä výhodách a nevýhodách, ktoré ponúkajú v porovnaní s diskami SSD, čo je vždy nevyhnutnosťou.

Funkcie a vnútorné komponenty pevného disku

Názov pevného disku pochádza z anglickej jednotky pevného disku alebo skratky HDD, podľa ktorej všetci vieme túto úložnú jednotku a ktorá je tiež najjasnejším spôsobom, ako ju rozlíšiť od SSD (Solic Disk Drive).

Úlohou pevného disku nie je nič iné ako zabezpečenie nášho zariadenia, miesto, kde sú uložené všetky súbory, programy a kde je nainštalovaný operačný systém. Z tohto dôvodu sa nazýva aj hlavné úložisko, ktoré na rozdiel od pamäte RAM uchováva súbory vo vnútri aj bez elektriny.

Zatiaľ čo disky SSD sú vyrobené výlučne z elektronických komponentov a ukladajú informácie na čipe vyrobené z brán NAND, pevné disky majú mechanické časti. V nich sa séria diskov otáča vysokou rýchlosťou, takže pomocou magnetických hláv sa informácie o nich čítajú a vymazávajú. Pozrime sa na hlavné prvky, ktoré sú súčasťou pevného disku.

riadu

Bude to miesto, kde sú informácie uložené. Sú inštalované vodorovne a každá paluba sa skladá z dvoch plôch alebo magnetizovaných záznamových plôch. Spravidla sú vyrobené z kovu alebo skla. Na uloženie informácií v nich majú bunky, v ktorých môžu byť pozitívne alebo negatívne magnetizované (1 alebo 0). Ich úprava je presne ako zrkadlo, v ktorom sa ukladá obrovské množstvo údajov a povrch musí byť dokonalý.

Čítacie hlavy

Druhým najdôležitejším prvkom sú čítacie hlavy, ktoré máme jednu pre každú tvár alebo záznamovú plochu. Tieto hlavy sa skutočne nedotýkajú dosiek, takže sa na nich nenosí. Keď sa taniere otáčajú, vytvára sa tenká vrstva vzduchu, ktorá bráni počítaniu medzi ňou a prehrávacou hlavou (vo vzdialenosti asi 3nm). To je jedna z hlavných výhod oproti SSD, ktorých bunky sa pri výmazoch a zápisoch degradujú.

motory

Videli sme veľa mechanických prvkov vo vnútri pevného disku, ale ten, ktorý to najviac ukazuje, je prítomnosť motorov. Okrem ventilátorov je to jediná taká položka na počítači a hlavný zdroj pomalých pevných diskov. Motor otáča doštičky určitou rýchlosťou, najrýchlejšou môže byť 5 400 ot / min, 7 200 alebo 10 000 ot / min. Kým sa táto rýchlosť nedosiahne, nebudete môcť interagovať s diskami a je to skvelý zdroj spomalenia.

K tomu pridáme motor alebo skôr elektromagnet, ktorý spôsobuje, že čítacie hlavy sa pohybujú tak, aby boli umiestnené na mieste, kde sú dáta. To tiež vyžaduje čas, pretože je ďalším zdrojom pomalosti.

medzipamäte

Aspoň súčasné jednotky majú v elektronickom obvode zabudovaný pamäťový čip. Toto slúži ako most na výmenu informácií z fyzických platní do pamäte RAM. Je to ako dynamický buffer na uľahčenie prístupu k fyzickým informáciám a zvyčajne je 64 MB.

zapuzdrené

Zapuzdrenie je pre HDD veľmi dôležité, pretože na rozdiel od SSD musí byť interiér úplne pod tlakom, aby nevnikla jediná škvrna prachu. Zoberme do úvahy, že platne sa otáčajú enormnou rýchlosťou a ihla hláv meria iba niekoľko mikrometrov. Akýkoľvek pevný prvok, bez ohľadu na to, ako malý, môže spôsobiť nezvratné poškodenie jednotky.

pripojenie

Na záver máme celú sadu pripojení na zadnej strane balenia, ktorá pozostáva z napájacieho konektora SATA a iného pre dáta. Predtým mali pevné disky IDE tiež panel na výber prevádzkového režimu, slave alebo master, ak jednotky zdieľali zbernicu, ale teraz sa každá jednotka pripája k samostatnému portu na základnej doske.

Faktory tvaru a rozhrania na HDD

V tomto zmysle sú informácie v súčasnosti dosť stručné, pretože nachádzame iba dva formálne faktory. Prvým z nich je štandard pre stolné počítače s 3, 5-palcovými jednotkami a rozmermi 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Druhým je tvarový faktor používaný v 2, 5-palcových diskových jednotkách s rozmermi 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Pokiaľ ide o technológie pripojenia, v súčasnosti nemáme pre pevné disky príliš veľa:

SATA

Toto je komunikačný štandard na HDD súčasných PC ako náhrada za IDE. V tomto prípade sa na prenos údajov použije namiesto paralelnej sériovej zbernice protokol AHCI. Je to podstatne rýchlejšie ako tradičné IDE a efektívnejšie s maximálnymi prenosmi 600 MB / s. Okrem toho umožňuje horúce pripojenie zariadení a má oveľa menšie a lepšie spravovateľné autobusy. V každom prípade aktuálny mechanický pevný disk môže pri čítaní dosiahnuť maximálne 400 MB / s, zatiaľ čo disky SATA SSD plne využívajú túto zbernicu.

SAS

Toto je vývoj rozhrania SCSI a je to zbernica, ktorá funguje sériovo ako SATA, aj keď príkazy typu SCSI sa stále používajú na interakciu s pevnými diskami. Jednou z jeho vlastností je, že je možné na jednu zbernicu pripojiť niekoľko zariadení a je tiež schopné zaistiť konštantnú prenosovú rýchlosť pre každé z nich. Môžeme pripojiť viac ako 16 zariadení a má rovnaké rozhranie pripojenia ako disky SATA, čo je ideálne na pripojenie konfigurácií RAID na servery.

Jeho rýchlosť je menšia ako SATA, ale dôležitou vlastnosťou je, že radič SAS môže komunikovať s diskom SATA, ale radič SATA nemôže komunikovať s diskom SAS.

Fyzické, logické a funkčné časti pevného disku

Už sme videli základné časti vo vnútri, ale to je len začiatok pochopiť, ako to vlastne funguje. A ak chcete vedieť všetko o týchto pevných diskoch, potom je táto časť najdôležitejšia, pretože určuje, ako pevný disk funguje, čo možno urobiť dvoma spôsobmi:

CHS (sektor hlavy valca): Tento systém sa používa na prvých pevných diskoch, hoci bol nahradený nasledujúcim. Prostredníctvom týchto troch hodnôt je možné umiestniť čítaciu hlavu na miesto, kde sa údaje nachádzajú. Tento systém bol ľahko zrozumiteľný, ale vyžadoval pomerne dlhé smery polohovania.

LBA (logické adresovanie v blokoch): je to práve používané, v tomto prípade rozdeľujeme pevný disk do sektorov a každému z nich prideľujeme jedinečné číslo, akoby to bola adresa v pamäti, na ktorej musí byť vreteno umiestnené. V takom prípade bude inštrukčný reťazec kratší a efektívnejší a umožní indexovanie disku systémom.

Fyzikálna štruktúra jedál

Pozrime sa, ako je rozdelená fyzická štruktúra pevného disku, čo určí, ako to funguje.

• Stopa: Stopy sú sústredné krúžky, ktoré tvoria záznamovú plochu disku. Valec: Valec je tvorený všetkými stopami, ktoré sú zvisle zarovnané na každej doske a plochách. Nie je to niečo fyzického, ale imaginárneho valca. Sektor: Každá stopa je rozdelená na kusy oblúkov nazývané sektory. V každom sektore sa uložia údaje, a ak jeden z nich zostane neúplný, ďalšie údaje sa prenesú do nasledujúceho sektora. Veľkosti sektorov technológie ZBR (bit-zone recording) sa budú líšiť od vnútorných po vonkajšie dráhy, aby sa optimalizoval priestor. Zvyčajne sú to 4 kB, aj keď sa dajú zmeniť z operačného systému. Klaster: Je to zoskupenie sektorov. Každý súbor bude zaberať určitý počet klastrov a žiadny iný súbor nemôže byť uložený v určitom klastri.

Logická štruktúra pevného disku

Legrační je, že logická štruktúra pevného disku bola zachovaná aj pre SSD disky, aj keď fungovali odlišne.

Boot sektor (MBR alebo GPT)

Master Boot Record alebo MBR je prvý sektor pevného disku, stopa 0, valec 0, sektor 1. Tu sa uloží tabuľka oblastí celého pevného disku, ktorá označuje ich začiatok a koniec. Boot Loader je tiež uložený, kde sa zhromažďuje aktívny oddiel, v ktorom je nainštalovaný systém alebo operačné systémy. V súčasnosti je takmer vo všetkých prípadoch nahradený štýlom oddielu GPT, ktorý teraz uvidíme podrobnejšie.

priečky

Každý oddiel rozdelí pevný disk na určitý počet valcov a môže to byť veľkosť, ktorú im chceme priradiť. Tieto informácie sa uložia do tabuľky oddielov. V súčasnosti existuje koncept logických oddielov spolu s dynamickým pevným diskom, s ktorým sa môžeme dokonca spojiť s dvoma rôznymi pevnými diskami a vzhľadom na systém bude fungovať ako jeden.

Rozdiel medzi MBR a GPT

V súčasnosti existujú dva typy tabuliek oddielov pre HDD alebo SSD, tabuľky typu MBR alebo tabuľky typu GPT (Global Unique Identifier). Štýl rozdelenia GPT bol implementovaný pre systémy EFI alebo Extensible Firmware Interface, ktoré nahradili starý systém počítačov BIOS. Takže zatiaľ čo BIOS používa MBR na správu pevného disku, GPT je zameraný na to, aby bol proprietárnym systémom pre UEFI. Najlepšie zo všetkého je, že tento systém priraďuje každému oddielu jedinečné GUID, akoby to bola adresa MAC a alokátor je taký dlhý, že všetky oddiely na svete mohli byť jednoznačne pomenované, čím sa eliminovali fyzické obmedzenia. z pevného disku z hľadiska rozdelenia na oddiely.

Toto je prvý a najviditeľnejší rozdiel s MBR. Aj keď tento systém umožňuje vytvoriť iba 4 primárne oddiely na pevnom disku s maximálnym počtom 2 TB, v GPT neexistujú žiadne teoretické obmedzenia na ich vytvorenie. Toto obmedzenie nejako spôsobí operačný systém a systém Windows v súčasnosti podporuje 128 primárnych oddielov.

Druhý rozdiel spočíva v štartovacom systéme. S GPT môže samotný UEFI BIOS vytvoriť svoj vlastný bootovací systém, ktorý pri každom štarte dynamicky deteguje obsah disku. To nám umožňuje dokonale naštartovať počítač, aj keď zmeníme pevný disk na iný s inou logickou distribúciou. Namiesto toho MBR alebo staré BIOSy potrebujú spustiteľný program na identifikáciu aktívneho oddielu a na spustenie bootovania.

Našťastie takmer všetky súčasné pevné disky HDD a SSD sú predkonfigurované so systémom oddielov GPT av každom prípade zo systému samotného alebo v príkazovom režime programu Diskpart môžeme tento systém upraviť pred inštaláciou systému Windows.

Systém súborov na pevnom disku

Aby sme skončili s prevádzkou pevného disku, musíme sa naučiť, aké sú hlavné používané súborové systémy. Sú základnou súčasťou používateľa a možností ukladania.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

FAT32 je jeho predchodcom, ktorý ignoruje prítomnosť systému FAT, pretože je v súčasných úložných systémoch prakticky zbytočný. Tento systém umožňuje priraďovať 32-bitové adresy klastrom, takže teoreticky podporuje veľkosť pamäte 8 TB. Realita je taká, že Windows obmedzujú túto kapacitu na 128 GB s veľkosťou súboru nie väčšou ako 4 GB, takže je to systém, ktorý používajú iba malé úložné jednotky USB.

Na prekonanie obmedzení systému FAT32 systém Windows vytvoril systém exFAT, ktorý podporuje teoretické veľkosti súborov do 16 EB (Exabajty) a teoretické veľkosti úložísk 64 ZB (Zettabytov)

Tento systém používa systém Windows na inštaláciu systému a správu súborov na pevnom disku. V súčasnosti podporuje súbory 16TB, 256TB ako maximálna veľkosť zväzku a na formátovanie môžete nakonfigurovať rôzne veľkosti klastrov. Je to systém, ktorý na konfiguráciu zväzku využíva veľa miesta, preto sa odporúčajú veľkosti oddielov väčšie ako 10 GB.

Je to vlastný systém súborov Apple a nahrádza tradičný HFS pridaním podpory pre väčšie súbory a väčšie zväzky. Tieto veľkosti sú maximálne 8 EB.

Teraz sa zaoberáme vlastným súborovým systémom Linuxu, momentálne vo verzii EXT4. Podporované veľkosti súborov sú maximálne 16 TB a veľkosť zväzku 1 EB.

Napokon, ReFS je ďalší systém patentovaný spoločnosťou Microsoft a určený na vývoj NTFS. Bola implementovaná so systémom Windows Server 2012, ale niektoré systémy Windows 10 pre obchodné distribúcie ju v súčasnosti podporujú. Tento systém vylepšuje NTFS v mnohých ohľadoch, napríklad implementáciou ochrany proti degradácii dát, oprave a zlyhaniu a redundancii, podpore RAID, overeniu integrity údajov alebo odstráneniu chkdsk. Podporuje veľkosť súborov 16 EB a veľkosť zväzku 1 YB (Yottabyte)

Čo je to RAID

S koncepciou súborových systémov úzko súvisia aj konfigurácie RAID. V skutočnosti existujú prenosné počítače alebo počítače, ktoré už majú nakonfigurovanú kapacitu RAID 0.

RAID je skratka pre Redundant Array of Independent Disks a je to systém na ukladanie údajov využívajúci viac úložných jednotiek. V nich sa údaje distribuujú, akoby išlo o jednu jednotku, alebo sa replikujú, aby sa zabezpečila integrita údajov proti poruchám. Týmito úložnými jednotkami môžu byť pevné disky, pevné disky, pevné disky SSD alebo pevné disky, dokonca aj jednotky M.2.

V súčasnosti existuje veľké množstvo úrovní RAID, ktoré pozostávajú z konfigurácie a priradenia týchto pevných diskov rôznymi spôsobmi. Napríklad RAID 0 spája dva alebo viac diskov na jeden a distribuuje údaje na všetkých z nich. Je ideálny na rozširovanie úložiska sledovaním iba jedného pevného disku v systéme, napríklad dva 1TB HDD môžu tvoriť jeden 2TB. Na druhej strane, RAID 1 je práve naopak, jedná sa o konfiguráciu s dvoma alebo viacerými zrkadlovými diskami, takže údaje sa replikujú na každom z nich.

Výhody a nevýhody pevného disku oproti SSD

Nakoniec zosumarizujeme a vysvetlíme hlavné rozdiely medzi mechanickým pevným diskom a jednotkou SSD. Na tento účel už máme článok, v ktorom sú všetky tieto faktory podrobne vysvetlené, takže urobíme iba rýchlu syntézu.

Vynikajúce výhody

• Kapacita: Toto je jedna z hlavných výhod, ktorú má pevný disk oproti SSD, a to nielen z dôvodu, že SSD sú malé, ale preto, že ich náklady veľa stúpajú. Vieme, že HDD je pomalší ako SSD, 400 MB / s vs. 5 000 MB / s na najrýchlejších diskoch, ale jeho úložná kapacita na disk je ideálna na použitie ako dátový sklad. V súčasnosti sú k dispozícii 3, 5 ”jednotky HDD až do 16 TB. Nízke náklady na GB: Z uvedeného vyplýva, že cena za GB je na HDD oveľa nižšia ako na SSD, takže si môžeme kúpiť omnoho väčšie jednotky, ale za nižšiu cenu. Pevný disk s kapacitou 2 TB sa nachádza za cenu približne 60 EUR, zatiaľ čo disk s kapacitou 2 TB M.2 SSD je najmenej 220 EUR alebo viac. Trvanlivosť: A treťou výhodou HDD je trvanlivosť vašich tanierov. Dávajte pozor, aby ste nespomínali jeho trvanlivosť a odolnosť, ale skôr to, koľkokrát dokážeme zapisovať a mazať bunky, čo je prakticky neobmedzené na mechanické pevné disky. Na jednotkách SSD je ich počet obmedzený na niekoľko tisíc, čo z nich robí oveľa menej atraktívne možnosti pre databázy a servery.

nevýhody

• Sú veľmi pomalé: s príchodom SSD sa mechanické pevné disky stali najpomalším zariadením v počítači dokonca aj pod USB 3.1. To z nich robí takmer jednorazovú možnosť inštalácie operačného systému a sú určené iba pre údaje, ak skutočne chceme rýchly počítač. Hovoríme o číslach, ktoré umiestňujú HD 40-50 krát pomalšie ako SSD, nie je to nezmysel. Fyzická veľkosť a hluk: Keďže sú mechanické a majú platne, ich veľkosť je pomerne veľká v porovnaní s M.2 SSD, ktoré merajú iba 22 × 80 mm. Podobne majú motorické a mechanické hlavy, aby boli dosť hlučné, najmä keď sú súbory fragmentované. Fragmentácia: distribúcia v stopách spôsobuje, že sa údaje časom viac fragmentujú. Inými slovami, disk vyplní sektory, ktoré zostali po vymazaní prázdne, takže čítacia hlava musí urobiť veľa skokov, aby mohla prečítať celý súbor. V SSD, keďže sú pamäťou elektronických buniek, sú všetky dostupné rovnako rýchlo ako pamäť RAM, tento problém neexistuje.

Záver o pevných diskoch

Týmto spôsobom sa dostávame na koniec nášho článku, ktorý podrobne rozvíja tému mechanického pevného disku. Nepochybne ide o prvky, ktoré prinajmenšom pre väčšinu používateľov zohrávajú o niečo menšiu úlohu tým, že na trhu majú SSD s veľkosťou 2 TB. Stále však ide o hviezdnu možnosť hromadného ukladania, pretože na to nepotrebujeme toľko rýchlosti, ale veľa miesta.

Predstavte si, čo by sa stalo, keby sme mali jeden 512 alebo 256 GB SSD a chceme ukladať 4K filmy, inštalovať hry alebo tvorcovia obsahu. Ak chceme rýchlosť, musíme vynaložiť šťastie na SSD, pričom 20 TB s HDD by nás stálo asi 600 eur, zatiaľ čo pri SSD SATA by nás to stálo asi 2000 eur a ak sú NVMe, lepšie by to ani nevypočítali.

Teraz vám zanecháme niekoľko článkov, ktoré sa hodia na doplnenie informácií, a samozrejme s našimi sprievodcami.

Koľko pevných diskov máte na počítači a aký je ich typ? Používate SSD a HDD?