Жесткий диск персонального компьютера. Устройство и функциональные характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Также как и человеку, компьютеру необходимое некое хранилище, где он будет хранить информацию. В связи с этим появились специальные устройства, которые могли хранить информацию. Эти устройства называются накопители информации - жесткие диски, флеш-диски, компакт-диски, флоппи-диски. В данной контрольной работе я предполагаю раскрыть некоторые вопросы по теме «Жесткий диск персонального компьютера. Устройство и функциональные характеристики»: что собой представляет жесткий диск, его основные параметры и характеристики.

Жесткий диск - основное устройство для хранения информации. На нем содержится не только пользовательская информация вроде фильмов, музыки и игр, но и установленные программы и операционная система. К выбору жесткого диска надо отнестись с должным вниманием. Ведь при поломке любой детали ее можно заменить, тогда, как выход из строя жесткого диска часто сопровождается потерей всех данных и повторной установкой операционной системы и всех необходимых программ. Не лишним будет отметить, что основная ценность во многих компьютерах сегодня не комплектующие, а информация, имеющаяся на диске. Ее сохранность тоже обеспечивается грамотным выбором накопителя, соответствующего основному предназначению ПК.

Перед тем как рассматривать конкретные модели жестких дисков, следует определиться, для каких целей будет предназначаться компьютер. Исходя из распространенных задач, можно выделить категории ПК для офисного использования и интернет-серфинга, для обработки данных, для мультимедийных задач, и, наконец, существуют наиболее оснащенные модели для игр. В соответствии с одним из возможных вариантов применения компьютера нужно подбирать характеристики жесткого диска.

Результатом неправильного выбора жесткого диска может стать потеря пользовательских данных. В то же время оптимальный выбор накопителя - залог того, что компьютер прослужит долго и не подведет в самый неподходящий момент. Современные жесткие диски - это надежные устройства, которые служат долгое время, храня на своих дорожках бесценную информацию.

Поэтому целью своей контрольной работы является описание функциональных характеристик жесткого диска.

1. Устройство жесткого диска

Первый жесткий диск был разработан еще до появления персонального компьютера - в далеком 1957 году фирмой IBM. Имел он объем в 5 Мб и стоил сумасшедших денег. Для персонального компьютера IBM PC XT был разработан диск емкостью 10 Мб. Жесткий диск имел 30 дорожек по 30 секторов в каждой дорожке. По аналогии с маркировкой многозарядного карабина фирмы Winchester - «30/30», жесткие диски стали именовать «винчестерами», или сокращенно «винтами».

Накопитель на жестких магнитных дисках, жесткий диск, или винчестер - HDD, HMDD (Hard Magnetic Disk Drive) - энергонезависимое, перезаписываемое внешнее запоминающее устройство высокой емкости. В ПК жесткий диск является основным накопителем данных.

Устройство жесткого диска включает в себя следующие компоненты: магнитные пластины, на которые записывается информация; головки чтения/записи; двигатели, которые заставляют вращаться пластины на высокой скорости, ну и также блок электроники, который играет большую роль в производительности жестких дисков.

Информация на жесткий диск записывается на жесткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. Привод может содержать несколько таких пластин на одной оси, на которых организована структура концентрических окружностей - цилиндров и секторов.

Рисунок 1 - Жесткий диск

Жесткие диски названы так потому, что твердые пластины с намагниченным слоем жестко устанавливаются в устройстве на заводе и являются несъемными в отличие от гибких дисков. Основу жесткого диска составляет прочный герметичный корпус, который защищает внутреннюю часть от внешних воздействий. Внутри корпуса находится магнитный диск или несколько дисков, называемых иногда "блинами", магнитные головки, электродвигатель и электроника. Сам корпус заполнен чистым воздухом.

Магнитный диск представляет собой алюминиевую круглую пластину. Были также попытки использовать вместо алюминия стекло, но у таких винчестеров обнаружилось множество проблем в эксплуатации, и их производство было свернуто. Электродвигатель - это сложное высокотехнологичное устройство, представляющий собой неподвижный якорь с обмотками и вращающийся постоянный магнит. В электродвигатели ставят подшипники двух видов: обычные шариковые и жидкостные. В жидкостных подшипниках вместо шариков используется специальное масло. Это позволяет уменьшить уровень шума и увеличить долговечность электродвигателя. Магнитная головка состоит из множества мелких деталей: отполированного керамического корпуса, привода головки в виде катушки-соленоида из медной проволоки и рычага. На одном конце рычага закреплен постоянный магнит, который вращается на подшипниках, а на другом конце - легкая стрелка с магнитными головками. Катушка способна перемещаться в магнитном поле под действием проходящего через нее тока, перемещая одновременно все головки в радиальном направлении. Когда жесткий диск не работает, магнитные головки находятся в специальной зоне парковки и прижаты к сторонам пластин легкими пружинами. При включении головки приподнимаются и уже не касаются поверхности диска. Зазор между магнитной головкой и диском ничтожно мал - около 0,1 мкм. Миниатюрные головки записи-считывания в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря наличию воздушной подушки от набегающего потока, образуемого у поверхности при быстром вращении пластин. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя в безопасной зоне, где исключен их контакт с поверхностью дисков.

Из-за большой скорости вращения дисков может возникнуть резонанс, поэтому устройство должно быть прочно укреплено в системном блоке, зафиксировано винтами во всех необходимых местах и находиться в горизонтальном или вертикальном положении. Еще одно неприятное действие вращающихся дисков - эффект гироскопа, потому скорость вращения дисков для ноутбуков несколько ниже, чем у стационарных компьютеров, у которых системный блок неподвижен. При работе считывающие головки расположены очень близко от рабочей поверхности. Для сравнения: человеческий волос в 5-10 раз толще, чем воздушная подушка между диском и головкой. Поэтому тряска винчестера может привести к повреждению головки и рабочей поверхности дисков. Так как накопитель жестко установлен в системном блоке, то он не должен подвергаться ударным воздействиям. Винчестер не следует разбирать, так как попадание малейшей пыли выведет его из строя, и, кроме того, он центрирован на заводе, а в домашних условиях этого сделать невозможно.

Для каждого устройства производитель рекомендует свои температурные режимы. Как правило, для жестких дисков нормальным считается диапазон от 15 до 50 градусов по Цельсию.

Расположение жесткого диска может быть внутренним и внешним. Внутренний диск используется для установки внутри компьютера (ноутбука или стационарного). Его устанавливают при покупке и, как правило, больше не трогают. При установке к нему подключают два кабеля: один информационный (разъем EIDE или SATA), второй для подвода электропитания от блока питания. Если жесткий диск выполнен в виде карты расширения, то он может подключаться к разъему PCI-E.

Внешний жесткий диск можно перемещать между компьютерами и, как правило, можно подключать к разъему USB (могут быть и другие разъемы, например, eSATA, FireWire, Wi-Fi. Кроме того, жесткий диск может быть выполнен как карта для подключения в разъем ExpressCard/34). Внешний жесткий диск может получать энергопитание от разъема, но, когда этого питания не достаточно, то может иметь свой блок питания. Таким образом, в этом случае к нему также подключается два провода, один к разъему компьютера, второй к адаптеру, который подключается в свою очередь в электророзетку.

Следующим показателем является вид разъема и наличие адаптера для внешних дисков. При возможности подключения к USB нужно смотреть какой стандарт он поддерживает 2.0 или 3.0, а при SATA какую скорость передачи он поддерживает - 1.5, 3 или 6 Гб/сек. Накопитель также может иметь возможность подключения к разъему Ethernet, в таком случае он станет сетевым накопителем в локальной сети.

От выбора шины (как следствие вид разъема) зависит быстродействие работы жесткого диска и, как результат, общая производительность компьютера. Вид шины определяется материнской платой, которая адаптирована к тому или другому стандарту. Кроме установки его параметров в Bios, где, как правило, выбирается режим автоматического распознавания дисков, дополнительных настроек не требуется. Внешние диски обычно используют разъем USB.

Чтобы получить справочную информацию о диске, нужно войти в режим: Мой компьютер > Имя диска, например, С: (правая кнопка) > Свойства > Общие, где будет указана общая емкость, занятого и свободного пространства, тип файловой структуры.

2. Основные характеристики жесткого диска

Интерфейс (interface) - техническое средство взаимодействия 2-х разнородных устройств, что в случае с жёсткими дисками является совокупностью линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии (контроллеры интерфейсов), и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (capacity) - количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на сентябрь 2011 года достигает 4000 Гб (4 терабайт) и близится к 5 Тб. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор; dimension) - почти все накопители 2001-2008 годов для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма - под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8, 1,3, 1 и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (random access time) - среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра - от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают диски для серверов (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 - это 3,7 мс), самым большим из актуальных - диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5мс). Для сравнения, у SSD-накопителей этот параметр меньше 1 мс.

Скорость вращения шпинделя (spindle speed) - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

Надёжность (reliability) - определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

Количество операций ввода-вывода в секунду (IOPS) - у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии - важный фактор для мобильных устройств.

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) - сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (Transfer Rate) при последовательном доступе:

внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;

внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера - буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 128 Мб.

Уровень шума - шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Для снижения шума от жёстких дисков применяют следующие методы:

Программный, c помощью настройки, встроенной в большинство современных дисков, системы AAM. Переключение жёсткого диска в малошумный режим приводит к снижению производительности в среднем на 5-25 %, но делает шум при работе практически неслышным.

Использование шумопоглощающих устройств, закрепления дисков на резиновых или силиконовых шайбах или даже полная замена крепления на гибкую подвеску.

3. Установка жесткого диска

Перед установкой нового диска, если он принесен с холода, нужно выдержать его два часа в комнате, чтобы он согрелся до комнатной температуры. Обращайтесь с дисководом аккуратно, не допуская сильных ударов. Далее проведите следующие действия:

- заархивируйте важные данные из старого жесткого диска;

- перепишите параметры старого диска из BIOS, чтобы при необходимости можно было восстановить старый диск;

- отключите электропитание, затем снимите защитный кожух или боковую панель с системного блока;

- запишите расположение проводов к диску. К диску подведены два провода, один из которых от блока питания, второй - информационный от материнской платы;

- открутите винты с двух сторон, сбоку от жесткого диска и выньте его;

- установите переключатели на накопителе, с тем чтобы он был первым ведущим (Primary Master). Для шины SCSI диски конфигурируются не как первый ведущий, а устанавливается его номер, который может быть от 0 до 6, а номер 7 зарезервирован для самой платы адаптера;

- вставьте новый жесткий диск и закрепите его винтами. Если жесткий диск не будет хорошо закреплен, то быстро выйдет из строя из-за резонанса. Винты должны быть стандартные, если они будут слишком длинные, то могут повредить накопитель;

- закрепите провода. Как правило, большинство жестких дисков подключены через шину E-IDE, поэтому и старый и новый диск используют те же провода, то есть в этом случае нужно подключить два провода, которые следовали к старому накопителю. Проследите, чтобы контакт 1 в разъеме информационного кабеля совпал с контактом 1 на накопителе. Напомним, что жила с первым контактом обозначается цветной полосой, второй конец подключается к материнской плате (смотри документацию на плату). Для современных накопителей для жестких дисков используется 80-жильный кабель, совместимый по разъемам с 40-жильным. Если подключить 40-жильный кабель, то режимы Ultra DMA 66 и Ultra DMA 100 не будут работать, а диск будет работать в режиме Ultra DMA 33. Не подключайте жесткий диск и вентилятор вместе через разветвитель питания;

- наденьте защитный кожух или боковую панель, подключите компьютер к сети и включите его. После включения в BIOS воспользуйтесь параметром автоматического определения типа жесткого диска, после чего можно попробовать загрузиться с диска, если на нем имеется операционная система. Одной из причин неопределения диска может быть неправильное подключение информационного кабеля к жесткому диску или материнской плате или неплотный контакт, что не приводит к фатальным последствиям, но не позволяет нормально функционировать.

Для дисков ESDI и SCSI в BIOS указывается тип диска как None, так как их контроллер имеет свой BIOS и сам устанавливает параметры диска. Для накопителей IDE задаются параметры геометрии диска. Так как накопитель может иметь разные параметры, неустановленные значения нужно записать, иначе при установке других параметров жесткий диск не будет работать.

Прежде чем восстанавливать данные, нужно решить, сделать ли перераспределение разделов при помощи программы Fdisk, после чего отформатируйте каждый раздел и перенесите операционную систему на загрузочный раздел.

При подключении второго жесткого диска установите первый накопитель (для АТА) при помощи переключателей как главный ведущий (Primary Master), второй - как первый ведомый (Primary Slave), третий - второй главный (Secondary Master для третьего жесткого диска) и четвертый - второй ведомый (Secondary Slave для четвертого жесткого диска). Значение переключателей можно найти в инструкции к диску или на его крышке. Если описания нет, то обратитесь к продавцу, у которого было приобретено устройство, или воспользуйтесь сетью Интернет. Можно попробовать и не устанавливать переключатели, а просто поставить накопитель, подключив к нему кабели питания и информационный. Часто это проводит к желаемому результату. При установке второго диска желательно, чтобы более быстродействующий был главным ведущим (с него происходит загрузка системы), поскольку, как правило, на этом диске содержатся временные данные, к которым происходит частое обращение (особенно при небольшой оперативной памяти).

Предпочтительно после установки жесткого диска запустить программу тестирования винчестера. Для этого достаточно провести тест непрерывной работы в течение одного дня. После установки второго жесткого диска для проверки его работы скопируйте файлы с первого жесткого диска на второй.

4. Обслуживание жестких дисков

жесткий диск интерфейс обслуживание

При работе с жестким диском:

- старайтесь поменьше двигать системный блок, особенно при включенном электропитании;

- не разбирайте жесткий диск, так как он регулируется на заводе-изготовителе и вновь его можно не собрать;

- не размещайте системный блок около источников тепла, в том числе на месте, куда падает солнечный свет, и не заслоняйте заднюю стенку системного блока, чтобы нормально функционировал вентилятор и внутри блока был хороший воздухопоток;

- выполняйте проверку логических дисков (например, программой Scandisk) и проводите дефрагментацию дисков хотя бы раз в месяц.

Одна из главных неприятностей, которая может случиться при эксплуатации жестких дисков - это повреждение таблицы распределения файлов (оглавления диска). Однако, если файлы дефрагментированы, то лучше обратиться к специалисту, который может восстановить большинство данных.

Жесткий диск при работе издает характерный звук. Если этого шума нет или он изменяется при работе и слышатся посторонние шумы, то неисправность, скорее всего, внутри устройства и, вероятно, повреждена головка или ее привод.

Если при включении компьютера на экране появляется сообщение с просьбой установить гибкий диск, то это свидетельствует о том, что загрузка с жесткого диска не производится и причиной этому может быть разрядка батарейки на материнской плате, которая питает BIOS. При этом все установленные параметры обнуляются, в том числе и параметры жесткого диска. В этом случае нужно войти в BIOS и включить режим автоматического определения типа накопителя жесткого диска, после чего снова включить компьютер.

Если диск издает посторонние шумы, скрипит, пощелкивает, то это означает механические проблемы. В этом случае нужно провести архивацию данных и проконсультироваться у специалистов. Одной из причин может быть неправильное крепление, которое нужно проверить, может быть, оно ослабло. При установке двух жестких дисков более высокопроизводительный нужно установить как С:, а менее - D:.

Если при установке двух накопителей на жестких дисках один работает медленно, то причиной может быть неправильная установка накопителей. Если используются два накопителя с разной скоростью передачи данных шина настраивается на минимальную скорость, чтобы обслужить оба диска. В этом случае нужно переставить накопители на разные каналы. Та же ситуация может возникнуть при подключении CD-ROM накопителя и жесткого диска в один канал, но она случается не со всеми типами накопителей. Некоторые модели CD-ROM накопителей не тормозят работу накопителя жестких дисков. Соответственно, если работа замедляется, то нужно поставить накопители на разные каналы. При установке одновременно IDE и SCSI винчестеров проблем обычно не бывает.

В момент запуска двигателей накопителя требуется повышенная мощность электропитания и если мощности недостаточно, накопитель может остановиться и потом снова попытаться начать работу. Если услышите, что накопитель безрезультатно пытается начать работу, то в этом случае нужно заменить блок питания на более мощный.

Поскольку накопитель весьма чутко реагирует на пыль, пылинка, попадая в зазор между головкой и диском, может поцарапать и головку и диск. Внутри накопителя находится чистый воздух, однако для выравнивания давления он имеет отверстие, в котором находится специальный фильтр. Поэтому разборка накопителя выполняется в специальных помещениях. Если накопитель находился на морозе, то нужно подождать некоторое время (несколько часов), чтобы конденсированная влага на дисках смогла испариться, иначе она может их повредить.

Заключение

В ходе выполнении контрольной работы я изучил устройство и основные параметры жесткого диска персонального компьютера. Жесткий диск находится, как правило, внутри системного блока, и пользователь его не видит. Гибкие диски предназначены для хранения и переноса информации с одного компьютера на другой. Возможна работа и без жесткого диска, как это было в первом поколении компьютеров, но в этом случае можно работать только в системе ДОС и с небольшим числом программ, так как гибкие диски имеют небольшую емкость. Кроме того, работа будет намного медленнее из-за того, что время доступа к данным значительно больше, чем у жестких дисков. При выборе жесткого диска основными характеристиками, на которые следует обратить внимание, являются его емкость, стоимость и быстродействие. Другие характеристики указаны в главе о техническом обеспечении компьютера. Одной из особенностей жесткого диска является тот факт, что со временем его емкости станет мало, так как вновь разрабатываемые программы требуют все больше и больше места. Поэтому лучше выбирать наиболее емкий диск. Наиболее популярные HDD производят Seagate, Hitachi, Western Digital.

На официальных сайтах можно выбрать накопитель по заданным параметрам, ознакомиться с полным ассортиментом моделей и узнать больше об инновационных технологиях, которые применяются в накопителях.

Библиографический список

1. Соболь Б.В. Информатика: учебник [Текст] / Б.В. Соболь. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 466 с.

2. Информатика. Базовый курс [Текст]: учеб. пособие для студ. втузов / под ред. С.В. Симоновича; М-во образования и науки РФ. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2009. - 640 с.

3. Информатика : учеб. пособие [Текст] / под ред. Г.Н. Хубаева. - Ростов н/Д: Феникс, 2010. - 288 с.

4. Макаров Е.Г. Mathcad: Учебный курс [Текст] / Е.Г. Макаров. - СПб.: Питер, 2009. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru