Cietais disks - viss, kas jums jāzina

Cietā diska kā galvenās atmiņas vienības izmantošana jau ir numurēta. Līdz ar ļoti ātru SSD disku parādīšanos HDD tika noņemti uz fona, lai gan tie nav mazāk svarīgi, jo tie ir lieliski piemēroti lielapjoma uzglabāšanai. Vienības, kas šobrīd sasniedz 16 TB, un ka nedaudz vairāk par 60 eiro mūsu personālajā datorā var būt 2 TB, kaut kas daudziem no mums joprojām nav pieejams, ja tā cena ir SSD.

Šajā rakstā mēs apkoposim visu, kas jums jāzina par cietajiem diskiem, to darbību, īpašībām un jo īpaši par priekšrocībām un trūkumiem, ko tie piedāvā, salīdzinot ar SSD, kaut kas vienmēr ir obligāts.

Cietā diska funkcija un iekšējās sastāvdaļas

Cietā diska nosaukums cēlies no angļu cietā diska diskdziņa vai HDD akronīma, ar kuru mēs visi zinām šo atmiņas vienību, un kas arī ir skaidrākais veids, kā to atšķirt no SSD (Solic Disk Drive).

Cietā diska uzdevums nav nekas cits kā būt mūsu aprīkojuma nodrošināšana, vieta, kur tiek glabāti visi faili, programmas un kur ir instalēta operētājsistēma. Šī iemesla dēļ to sauc arī par galveno atmiņu, kas atšķirībā no RAM atmiņas saglabā failus iekšpusē pat bez elektrības.

Kamēr SSD ir pilnībā izgatavoti no elektroniskiem komponentiem un glabā informāciju mikroshēmā, ko veido NAND vārti, cietajiem diskiem ir mehāniskas detaļas. Tajos virkne disku griežas lielā ātrumā tā, ka, izmantojot magnētiskās galviņas, informācija par tiem tiek nolasīta un izdzēsta. Apskatīsim galvenos elementus, kas ir cietā diska daļa.

Trauki

Tā būs vieta, kur informācija tiek glabāta. Tie ir uzstādīti horizontāli, un katrs klājs sastāv no divām virsmām vai magnetizētām ierakstīšanas virsmām. Parasti tos izgatavo no metāla vai stikla. Lai tajās glabātu informāciju, viņiem ir šūnas, kurās tās var magnetizēt pozitīvi vai negatīvi (1 vai 0). To apdare ir tieši tāda pati kā spogulis, tajās tiek glabāts milzīgs datu apjoms, un virsmai jābūt perfektai.

Lasīšanas galviņas

Otrs vissvarīgākais elements ir lasīšanas galviņas, kuras mums ir pa vienai katrai sejai vai ierakstīšanas virsmai. Šīs galvas patiesībā neveido kontaktu ar plāksnēm, tāpēc tām nav nodiluma. Kad trauki griežas, tiek izveidota plāna gaisa plēve, kas neļauj saskaitīties starp to un atskaņošanas galviņu (aptuveni 3 nm attālumā viens no otra). Tā ir viena no galvenajām priekšrocībām salīdzinājumā ar SSD, kuru šūnas noārdās, dzēšot un rakstot.

Dzinēji

Mēs esam redzējuši, ka cietajā diskā ir daudz mehānisku elementu, bet tas, kas to parāda visvairāk, ir motoru klātbūtne. Izņemot fanus, tas ir vienīgais šāds priekšmets personālajā datorā un galvenais lēno cieto disku avots. Motors griežas ar plāksnēm ar noteiktu ātrumu, tas var būt 5400 apgr./min., 7200 vai 10 000 apgr./min. Kamēr netiks sasniegts šis ātrums, jūs nevarēsit mijiedarboties ar diskiem, un tas ir lielisks lēnības avots.

Tam mēs pievienojam motoru vai drīzāk elektromagnētu, kas liek lasīšanas galvām kustēties, lai tās atrastos vietā, kur ir dati. Tas prasa arī laiku, ir vēl viens lēnuma avots.

Kešatmiņa

Vismaz pašreizējām vienībām ir atmiņas mikroshēma, kas iebūvēta elektroniskajā shēmā. Tas darbojas kā tilts informācijas apmaiņai no fiziskajām plāksnēm līdz RAM atmiņai. Tas ir kā dinamisks buferis, lai atvieglotu piekļuvi fiziskai informācijai, un parasti tas ir 64 MB.

Iekapsulēts

Iekapsulēšana ir ļoti svarīga HDD, jo atšķirībā no SSD interjeram ir jābūt pilnībā pakļautam spiedienam, lai neiekļūtu neviens putekļu plankums. Ņemsim vērā, ka plāksnes griežas ar milzīgu ātrumu, un galvu adata mēra tikai dažus mikrometrus. Jebkurš cietais elements, neatkarīgi no tā, cik niecīgs, var radīt neatgriezeniskus ierīces bojājumus.

Savienojumi

Noslēgumā mums ir viss savienojumu komplekts iepakojuma aizmugurē, kas sastāv no SATA barošanas savienotāja un cita datu. Iepriekš IDE cietajiem diskiem bija arī panelis, lai izvēlētos darbības režīmu, vergu vai galveno, ja diskdziņi koplieto kopni, bet tagad katrs disks tiek savienots ar atsevišķu portu mātesplatē.

HDD formas un interfeisa faktori

Šajā ziņā šobrīd informācija ir diezgan īsa, jo mēs atrodam tikai divus formas faktorus. Pirmais ir galddatoru standarts ar 3, 5 collu diskdziņiem un izmēriem 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Otrais ir formas faktors, ko izmanto 2, 5 collu piezīmjdatoru diskdziņos, kuru izmērs ir 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Saistībā ar savienojuma tehnoloģijām mums patlaban nav pārāk daudz HDD, jo tie ir divi:

SATA

Šis ir komunikācijas standarts pašreizējo personālo datoru HDD kā IDE aizstājējs. Šajā gadījumā datu pārraidei paralēlas vietā tiek izmantota seriālā kopne, izmantojot AHCI protokolu. Tas ir ievērojami ātrāks nekā tradicionālais IDE un efektīvāks ar maksimālo pārsūtīšanu 600 MB / s. Turklāt tas pieļauj karstu ierīču savienojumu, un tam ir daudz mazāki un vieglāk vadāmi autobusi. Jebkurā gadījumā pašreizējais mehāniskais cietais disks lasījumā var sasniegt tikai maksimumu 400 MB / s, savukārt SATA SSD diski pilnībā izmanto šo kopni.

SAS

Šī ir SCSI saskarnes evolūcija, un tā ir kopne, kas sērijveidā darbojas tāpat kā SATA, lai gan SCSI tipa komandas joprojām tiek izmantotas, lai mijiedarbotos ar cietajiem diskiem. Viena no tā īpašībām ir tā, ka vienā autobusā ir iespējams savienot vairākas ierīces, un tas arī spēj nodrošināt nemainīgu pārsūtīšanas ātrumu katrai no tām. Mēs varam savienot vairāk nekā 16 ierīces, un tam ir tāds pats savienojuma interfeiss kā SATA diskiem, padarot to par ideālu RAID konfigurācijas uzstādīšanai serveros.

Tā ātrums ir mazāks nekā SATA, taču svarīga iezīme ir tā, ka SAS kontrolieris var sazināties ar SATA disku, bet SATA kontrolieris nevar sazināties ar SAS disku.

Cietā diska fizikālās, loģiskās un funkcionālās daļas

Mēs jau esam redzējuši pamatdaļas iekšpusē, bet tas ir tikai sākums, lai saprastu, kā tā faktiski darbojas. Un, ja vēlaties uzzināt visu par šiem cietajiem diskiem, šī sadaļa ir vissvarīgākā, jo tā nosaka cietā diska darbību, ko var veikt divējādi:

CHS (cilindru galviņas sektors): šī sistēma ir tā, ko izmanto pirmajos cietajos diskos, lai gan to aizstāja ar šo. Izmantojot šīs trīs vērtības, lasīšanas galviņu ir iespējams novietot vietā, kur atrodas dati. Šī sistēma bija viegli saprotama, taču tai bija nepieciešami diezgan gari pozicionēšanas virzieni.

LBA (loģiskā adresēšana blokos): tā ir pašlaik izmantotā, šajā gadījumā cieto disku mēs sadalām sektoros un katram piešķiram unikālu numuru, it kā tā būtu atmiņas adrese, kurā jāatrodas vārpstai. Šajā gadījumā instrukcijas virkne būs īsāka un efektīvāka, un tā ļaus sistēmai indeksēt disku.

Trauku fiziskā uzbūve

Redzēsim, kā tiek sadalīta cietā diska fiziskā struktūra, un tas noteiks, kā tā darbojas.

• Ieraksts: dziesmas ir koncentriski gredzeni, kas veido diska ierakstīšanas virsmu. Cilindrs: Balonu veido visas sliedes, kas ir vertikāli izlīdzinātas uz katras plāksnes un virsmas. Tas nav kaut kas fizisks, bet gan iedomāts cilindrs. Nozare: katrs sliežu ceļš ir sadalīts arku gabalos, kurus sauc par sektoriem. Katrā nozarē tiks saglabāti dati, un, ja viens no tiem paliks nepilnīgs, nākamie dati nonāks nākamajā sektorā. Lai optimizētu vietu, ZBR (bitu zonas ierakstīšanas) tehnoloģiju sektora izmēri mainīsies no iekštelpu līdz āra celiņiem. Tie parasti ir 4 KB, lai gan to var mainīt no operētājsistēmas. Klasteris: tā ir nozaru grupa. Katrs fails aizņem noteiktu klasteru skaitu, un nevienu citu failu nevar uzglabāt noteiktā klasterī.

Cietā diska loģiskā struktūra

Smieklīgi ir tas, ka arī SSD ir saglabāta cietā diska loģiskā struktūra, neskatoties uz to, ka tie darbojas atšķirīgi.

Sāknēšanas sektors (MBR vai GPT)

Galvenais sāknēšanas ieraksts jeb MBR ir pirmais cietā diska sektors, 0. ieraksts, 0. cilindrs, 1. sektors. Šeit tiek saglabāta visa cietā diska nodalījumu tabula, atzīmējot to sākumu un beigas. Tiek saglabāts arī sāknēšanas iekrāvējs, kurā tiek savākts aktīvais nodalījums, kurā ir instalēta sistēma vai operētājsistēmas. Pašlaik tas gandrīz visos gadījumos ir aizstāts ar GPT nodalījuma stilu, ko mēs tagad redzēsim sīkāk.

Starpsienas

Katrs nodalījums sadala cieto disku noteiktā skaitā cilindru, un tie var būt izmēri, ko mēs viņiem vēlamies piešķirt. Šī informācija tiks saglabāta nodalījumu tabulā. Pašlaik pastāv loģisko nodalījumu koncepcija, kā arī dinamiskais cietais disks, ar kuru mēs pat varam savienot divus dažādus cietos diskus un, ņemot vērā sistēmu, tas darbosies kā viens.

Atšķirība starp MBR un GPT

Pašlaik HDD vai SSD ir pieejami divu veidu nodalījumu tabulas: MBR tipa vai GPT tipa (globālais unikālais identifikators). GPT nodalīšanas stils tika ieviests EFI vai paplašināmā programmaparatūras interfeisa sistēmām, kas ir aizstājusi veco datoru BIOS sistēmu. Tātad, kamēr BIOS izmanto MBR, lai pārvaldītu cieto disku, GPT ir orientēts uz UEFI patentēto sistēmu. Pats labākais, ka šī sistēma katram nodalījumam piešķir unikālu GUID, tas ir kā MAC adrese, un piešķīrējs ir tik garš, ka visus pasaules nodalījumus varētu nosaukt unikāli, praktiski novēršot fiziskos ierobežojumus no cietā diska sadalīšanas ziņā.

Šī ir pirmā un redzamākā atšķirība ar MBR. Lai gan šī sistēma ļauj izveidot tikai 4 primāros nodalījumus cietajā diskā ar maksimālo 2 TB robežu, GPT to izveidošanai nav teorētisku ierobežojumu. Tieši operētājsistēma kaut kādā veidā padara šo ierobežojumu, un Windows šobrīd atbalsta 128 primāros nodalījumus.

Otrā atšķirība slēpjas sākuma sistēmā. Izmantojot GPT, pati UEFI BIOS var izveidot savu sāknēšanas sistēmu, katru reizi bootējot, dinamiski noteikt diska saturu. Tas ļauj mums perfekti ielādēt datoru, pat ja mainām cieto disku uz citu ar citu loģisko sadalījumu. Tā vietā MBR vai vecām BIOS ir nepieciešama izpildāma programma, lai identificētu aktīvo nodalījumu un varētu sākt sāknēšanu.

Par laimi gandrīz visi pašreizējie cietie diski un SSD cietie diski ir iepriekš konfigurēti ar GPT nodalījumu sistēmu, un jebkurā gadījumā no pašas sistēmas vai komandas režīmā ar Diskpart mēs varam modificēt šo sistēmu pirms Windows instalēšanas.

Cietā diska failu sistēmas

Lai pabeigtu cietā diska darbību, mums jāapgūst galvenās izmantotās failu sistēmas. Tie ir būtiska lietotāja daļa un uzglabāšanas iespējas.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Ignorējot FAT sistēmas klātbūtni, jo pašreizējās uzglabāšanas sistēmās tā ir praktiski bezjēdzīga, FAT32 ir tās priekšgājējs. Šī sistēma ļauj klasteriem piešķirt 32 bitu adreses, tāpēc teorētiski tā atbalsta uzglabāšanas izmērus 8 TB. Realitāte ir tāda, ka Windows ierobežo šo ietilpību līdz 128 GB ar failu lielumu, kas nav lielāks par 4 GB, tāpēc tā ir sistēma, kuru izmanto tikai mazi USB atmiņas diski.

Lai pārvarētu FAT32 ierobežojumus, Windows izveidoja sistēmu exFAT, kas atbalsta teorētiskos failu lielumus līdz 16 EB (Exabytes) un teorētiskos atmiņas apjomus 64 ZB (Zettabytes).

Šī sistēma ir tāda, kuru Windows izmanto, lai instalētu sistēmu un pārvaldītu cietā diska failus. Pašlaik tas atbalsta 16 TB, 256 TB failus kā maksimālo skaļuma lielumu, un formatēšanai var konfigurēt dažādus klastera izmērus. Tā ir sistēma, kas apjoma konfigurēšanai izmanto daudz vietas, tāpēc ieteicams izmantot nodalījumu izmērus, kas lielāki par 10 GB.

Tā ir Apple pašu failu sistēma un aizstāj tradicionālo HFS, pievienojot atbalstu lielākiem failiem un lielākiem apjomiem. Šie izmēri nepārsniedz 8 EB.

Tagad mums ir darīšana ar pašas Linux failu sistēmu, kas šobrīd ir tās EXT4 versijā. Atbalstītie faila lielumi ir ne vairāk kā 16 TB, un apjoma lielums ir 1 EB.

Visbeidzot, ReFS ir vēl viena sistēma, kuru patentējis Microsoft un kurai ir paredzēts NTFS evolūcija. Tas tika ieviests ar Windows Server 2012, taču daži Windows 10 biznesa izplatīšanai to pašlaik atbalsta. Šī sistēma daudzos aspektos uzlabo NTFS, piemēram, ieviešot aizsardzību pret datu degradāciju, labošanu un kļūmēm un atlaišanu, RAID atbalstu, datu integritātes pārbaudi vai chkdsk noņemšanu. Atbalsta faila lielumu 16 EB un apjoma lielumu 1 YB (Yottabyte)

Kas ir RAID

Un cieši saistīti ar failu sistēmu jēdzienu ir RAID konfigurācijas. Faktiski ir klēpjdatori vai personālie datori, kuriem jau ir RAID 0 konfigurācija to atmiņas ietilpībai.

RAID apzīmē neatkarīgu disku lieku masīvu, un tā ir datu glabāšanas sistēma, kurā tiek izmantotas vairākas atmiņas vienības. Tajos dati tiek izplatīti tā, it kā tā būtu viena vienība, vai arī tie tiek replicēti, lai nodrošinātu datu integritāti pret kļūmēm. Šīs atmiņas vienības var būt gan HDD, gan mehāniskie cietie diski, SSD vai cietvielu diski, pat M.2.

Pašlaik ir liels skaits RAID līmeņu, kas sastāv no šo cieto disku konfigurēšanas un saistīšanas dažādos veidos. Piemēram, RAID 0 apvieno divus vai vairākus diskus vienā, lai izplatītu datus par visiem tiem. Tas ir ideāli piemērots atmiņas paplašināšanai, sistēmā apskatot tikai vienu cieto disku, piemēram, divi 1TB cietie diski var veidot vienu 2 TB. No otras puses, RAID 1 ir tieši pretējs, tā ir konfigurācija ar diviem vai vairākiem spoguļattēla diskiem, lai dati tiktu replicēti katrā no tiem.

HDD priekšrocības un trūkumi salīdzinājumā ar SSD

Visbeidzot, mēs apkoposim un izskaidros galvenās atšķirības starp mehānisko cieto disku un cietvielu piedziņu. Par to mums jau ir raksts, kurā visi šie faktori ir sīki izskaidroti, tāpēc mēs veiksim tikai ātru sintēzi.

Izcilas priekšrocības

• Ietilpība: tā ir viena no galvenajām priekšrocībām, kāda cietajam diskam ir salīdzinājumā ar SSD, un tas notiek nevis tāpēc, ka SSD ir mazs, bet gan tāpēc, ka to izmaksas daudz palielinās. Mēs zinām, ka HDD ir lēnāks nekā SSD, ātrākajos diskdziņos - 400 MB / s salīdzinājumā ar 5000 MB / s, taču tā ietilpība vienā diskā ir lieliski piemērota izmantošanai kā datu noliktava. Pašlaik ir 3, 5 ”HDD diskdziņi līdz 16TB. Zemas GB izmaksas: Līdz ar to no iepriekšminētā HDD izmaksas ir daudz zemākas nekā SSD, tāpēc mēs varam iegādāties daudz lielākas vienības, bet par zemāku cenu. 2 TB cietais disks tiek atrasts par cenu aptuveni 60 eiro, savukārt 2 TB M.2 SSD ir vismaz 220 eiro vai vairāk. Derīguma termiņš: un trešā HDD priekšrocība ir jūsu šķīvju glabāšanas laiks. Esiet piesardzīgs, nemaz nerunājot par tā izturību un izturību, bet drīzāk par to, cik reizes mēs varam rakstīt un izdzēst šūnas, kas mehāniskajos cietajos diskos ir praktiski neierobežots. SSD disku skaits ir ierobežots līdz dažiem tūkstošiem, padarot tos daudz mazāk pievilcīgus datu bāzu un serveru iespējām.

Trūkumi

• Tie ir ļoti lēni: līdz ar SSD parādīšanos, mehāniskie cietie diski ir kļuvuši par vislēnāko ierīci datorā pat zem USB 3.1. Tas viņiem padara gandrīz pieejamu iespēju instalēt operētājsistēmu, un tie ir paredzēti tikai datiem, ja mēs patiešām vēlamies ātru datoru. Mēs runājam par skaitļiem, kas HD ievieto 40-50 reizes lēnāk nekā SSD, tas nav absurds. Fizikālais izmērs un troksnis: Tā kā mehāniski un ar šķīvjiem, to izmērs ir diezgan liels, salīdzinot ar M.2 SSD, kuru izmērs ir tikai 22 × 80 mm. Tāpat motora un mehāniskās galviņas padara tos diezgan trokšņainus, it īpaši, ja faili ir sadrumstaloti. Sadrumstalotība: sadalījums pa trasēm laika gaitā datus sadrumstalotāk sadrumstalo. Citiem vārdiem sakot, disks aizpildīs tos sektorus, kuri izdzēšot bija atstāti tukši, tāpēc lasāmgalvai ir jāveic daudz pārlēcienu, lai nolasītu visu failu. Tā kā SSD ir elektronisko šūnu atmiņa, tās visas ir pieejamas ar tādu pašu ātrumu, tāpat kā RAM atmiņa, šī problēma nepastāv.

Secinājums par cietajiem diskiem

Tādā veidā mēs nonākam pie mūsu raksta beigām, kurā padziļināti izstrādāta mehāniskā cietā diska tēma. Bez šaubām, tie ir elementi, kuriem vismaz lielākajai daļai lietotāju ir nedaudz mazāka loma, jo tirgū ir SSD ar pat 2 TB lielumu. Bet tie joprojām ir zvaigžņu iespēja lielapjoma uzglabāšanai, jo mums tas nav vajadzīgs tik daudz ātruma, bet daudz vietas.

Iedomājieties, kas notiktu, ja mums būtu viens SSD 512 vai 256 GB un mēs vēlamies saglabāt 4K filmas, instalēt spēles vai mēs esam satura veidotāji. Ja vēlamies ātrumu, mums jāpavada laime SSD, kamēr 20 TB ievietošana HDD mums izmaksātu apmēram 600 eiro, bet darīšana ar SSD SATA varētu mums izmaksāt apmēram 2000 eiro, ja tie ir NVMe labāki vai to aprēķinātu.

Mēs jums tagad piedāvājam dažus rakstus, kas būs noderīgi, lai papildinātu informāciju, un, protams, ar mūsu ceļvežiem.

Cik daudz cieto disku ir jūsu datorā un kāda veida tie ir? Vai jūs izmantojat SSD un HDD?