Pevný disk - vše, co potřebujete vědět

Použití pevného disku jako hlavní úložné jednotky je již očíslované. Díky vzhledu velmi rychlých SSD byly HDD odsunuty na pozadí, i když nejsou méně důležité, protože jsou ideální pro hromadné ukládání. Jednotky, které v současné době dosahují 16 TB, a že za něco přes 60 EUR můžeme mít v našem PC 2 TB, což je něco, co je pro mnohé z nás stále mimo dosah, pokud jde o cenu SSD.

V tomto článku sestavíme vše, co potřebujete vědět o pevných discích, jejich provozu, charakteristikách a zejména výhodách a nevýhodách, které nabízejí ve srovnání s disky SSD, což je vždy nutností.

Funkce a vnitřní součásti pevného disku

Název pevného disku pochází z anglického pevného disku nebo zkratky HDD, podle které všichni známe tuto paměťovou jednotku a která je také nejjasnějším způsobem, jak ji odlišit od SSD (Solic Disk Drive).

Úkolem pevného disku není nic jiného, ​​než zajistit zařízení, místo, kde jsou uloženy všechny soubory, programy a kde je nainstalován operační systém. Z tohoto důvodu se také nazývá hlavní úložiště, které na rozdíl od paměti RAM udržuje soubory uvnitř i bez elektřiny.

Zatímco SSD jsou vyrobeny výhradně z elektronických součástek a ukládají informace na čip tvořený branami NAND, pevné disky mají mechanické součásti. V nich rotuje řada disků vysokou rychlostí, takže pomocí magnetických hlav jsou informace na nich čteny a vymazány. Podívejme se na hlavní prvky, které jsou součástí pevného disku.

Jídla

Bude to místo, kde jsou informace uloženy. Jsou instalovány vodorovně a každý balíček se skládá ze dvou ploch nebo magnetických záznamových ploch. Obvykle jsou vyrobeny z kovu nebo skla. Aby v nich mohly být informace uloženy, mají buňky, kde je lze pozitivně nebo negativně magnetizovat (1 nebo 0). Jejich povrch je přesně jako zrcadlo, v nich je uloženo obrovské množství dat a povrch musí být dokonalý.

Čtecí hlavy

Druhým nejdůležitějším prvkem jsou čtecí hlavy, které máme jednu pro každou plochu nebo záznamovou plochu. Tyto hlavy se ve skutečnosti nedotýkají desek, takže na nich není žádné opotřebení. Když se nádobí otáčí, vytváří se tenký film vzduchu, který zabraňuje počítání mezi ním a playhead (přibližně 3nm od sebe). To je jedna z hlavních výhod oproti SSD, jejichž buňky se s vymazáním a zápisem degradují.

Motory

Viděli jsme přítomnost mnoha mechanických prvků uvnitř pevného disku, ale ten, který to ukazuje nejvíce, je přítomnost motorů. Kromě fanoušků je to jediná taková položka na PC a hlavní zdroj pomalých pevných disků. Motor otáčí deskami určitou rychlostí, pro nejrychlejší to může být 5 400 ot / min, 7 200 nebo 10 000 ot / min. Dokud nebude dosaženo této rychlosti, nebudete moci interagovat s disky a je to skvělý zdroj zpomalení.

K tomu přidáme motor nebo spíše elektromagnet, který způsobí, že se čtecí hlavy pohybují tak, aby byly umístěny v místě, kde jsou data. To také vyžaduje čas, protože je jedním z dalších zdrojů zpomalení.

Cache

Alespoň aktuální jednotky mají zabudovaný paměťový čip do elektronického obvodu. To funguje jako most pro výměnu informací z fyzických desek do paměti RAM. Je to jako dynamický buffer, který usnadňuje přístup k fyzickým informacím a obvykle je 64 MB.

Zapouzdřené

Zapouzdření je pro HDD velmi důležité, protože na rozdíl od SSD musí být vnitřek zcela pod tlakem, aby nevnikla jediná skvrna prachu. Vezměme v úvahu, že se desky otáčejí obrovskou rychlostí a jehla hlavic měří jen několik mikrometrů. Jakýkoli pevný prvek, bez ohledu na to, jak malý, může způsobit nevratné poškození jednotky.

Spojení

Na závěr máme celou sadu připojení na zadní straně balíčku, která se skládá z napájecího konektoru SATA a dalšího pro data. Dříve měly pevné disky IDE také panel pro výběr provozního režimu, slave nebo master, pokud jednotky sdílely sběrnici, ale nyní se každá jednotka připojuje k samostatnému portu na základní desce.

Faktory tvaru a rozhraní na HDD

V tomto smyslu jsou informace v současnosti poměrně stručné, protože najdeme pouze dva formové faktory. První je standard pro stolní počítače s 3, 5palcovými jednotkami a rozměry 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Druhým je tvarový faktor používaný v 2, 5palcových diskových jednotkách o rozměrech 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Pokud jde o technologie připojení, v současné době nemáme pro HDD příliš mnoho, a to dva:

SATA

Toto je komunikační standard v HDD současných PC jako náhrada za IDE. V tomto případě se k přenosu dat používá místo paralelní sériové sběrnice používající protokol AHCI. Je výrazně rychlejší než tradiční IDE a efektivnější s maximálním přenosem 600 MB / s. Kromě toho umožňuje horká připojení zařízení a má mnohem menší a spravovatelnější sběrnice. V každém případě aktuální mechanický pevný disk může při čtení dosáhnout maximálně 400 MB / s, zatímco SATA SSD plně využívají výhody této sběrnice.

SAS

Toto je vývoj rozhraní SCSI a jedná se o sběrnici, která pracuje sériově jako SATA, ačkoli příkazy typu SCSI se stále používají k interakci s pevnými disky. Jednou z jeho vlastností je, že je možné připojit více zařízení na stejnou sběrnici a je také schopno zajistit konstantní přenosovou rychlost pro každé z nich. Můžeme připojit více než 16 zařízení a má stejné propojovací rozhraní jako disky SATA, což je ideální pro připojení konfigurací RAID na servery.

Jeho rychlost je menší než SATA, ale důležitou vlastností je, že řadič SAS může komunikovat s diskem SATA, ale řadič SATA nemůže komunikovat s diskem SAS.

Fyzické, logické a funkční části pevného disku

Už jsme viděli základní části uvnitř, ale to je jen začátek, abychom pochopili, jak to vlastně funguje. A pokud chcete vědět všechno o těchto pevných discích, pak je tato část nejdůležitější, protože určuje, jak pevný disk funguje, což lze provést dvěma způsoby:

CHS (sektor hlavy válců): Tento systém je systém používaný v prvních pevných discích, ačkoli byl nahrazen následujícím. Pomocí těchto tří hodnot je možné umístit čtecí hlavu na místo, kde jsou data umístěna. Tento systém byl snadno pochopitelný, ale vyžadoval poměrně dlouhé směrování.

LBA (logické adresování v blocích): je to právě používané, v tomto případě rozdělujeme pevný disk do sektorů a každému z nich přiřádáme jedinečné číslo, jako by to byla adresa paměti, na které by mělo být vřeteno umístěno. V tomto případě bude instrukční řetězec kratší a efektivnější a umožní indexování disku systémem.

Fyzikální struktura pokrmů

Podívejme se, jak je fyzická struktura pevného disku rozdělena, což určí, jak to funguje.

• Stopa: Stopy jsou soustředné kruhy, které tvoří záznamovou plochu disku. Válec: Válec je tvořen všemi stopami, které jsou svisle zarovnány na každé z desek a ploch. Není to něco fyzického, ale imaginárního válce. Sektor: Každá skladba je rozdělena na části oblouků nazývané sektory. V každém sektoru budou uložena data a pokud jeden z nich zůstane neúplný, další data přejdou do dalšího sektoru. Velikost sektoru technologie ZBR (bit-zone recording) se bude lišit od vnitřních až po venkovní stopy, aby se optimalizoval prostor. Obvykle jde o 4 kB, i když je lze změnit z operačního systému. Cluster: Jedná se o seskupení sektorů. Každý soubor bude zabírat určitý počet klastrů a žádný jiný soubor nemůže být uložen v určitém klastru.

Logická struktura pevného disku

Legrační je, že logická struktura pevného disku byla zachována i pro SSD, přestože fungovaly odlišně.

Boot sektor (MBR nebo GPT)

Master Boot Record nebo MBR je první sektor pevného disku, stopa 0, válec 0, sektor 1. Zde je uložena tabulka oddílů celého pevného disku, která označuje jejich začátek a konec. Zaváděcí zavaděč je také uložen, kde je shromažďován aktivní oddíl, na kterém je nainstalován systém nebo operační systémy. V současné době je téměř ve všech případech nahrazen stylem oddílu GPT, který nyní uvidíme podrobněji.

Příčky

Každý oddíl rozdělí pevný disk na určitý počet válců a může to být velikost, kterou jim chceme přiřadit. Tyto informace budou uloženy v tabulce oddílů. V současné době existuje koncept logických oddílů spolu s dynamickým pevným diskem, s nímž můžeme dokonce spojit dva různé pevné disky as ohledem na systém bude fungovat jako jeden.

Rozdíl mezi MBR a GPT

V současné době existují dva typy tabulek oddílů pro HDD nebo SSD, tabulky typu MBR nebo tabulky typu GPT (Global Unique Identifier). Styl dělení GPT byl implementován pro systémy EFI nebo Extensible Firmware Interface, které nahradily starý systém počítačů BIOS. Takže zatímco BIOS používá MBR ke správě pevného disku, GPT je zaměřen na to, aby byl proprietárním systémem pro UEFI. Nejlepší ze všeho je, že tento systém přiřadí každému oddílu jedinečný identifikátor GUID, je to jako adresa MAC a alokátor je tak dlouhý, že všechny oddíly na světě mohou být jedinečně pojmenovány a prakticky eliminují fyzická omezení z pevného disku, pokud jde o rozdělení.

Toto je první a nejviditelnější rozdíl s MBR. Zatímco tento systém umožňuje vytvořit pouze 4 primární oddíly na pevném disku s maximem 2 TB, v GPT neexistuje žádné teoretické omezení pro jejich vytvoření. Toto omezení nějakým způsobem vytvoří operační systém a Windows aktuálně podporuje 128 primárních oddílů.

Druhý rozdíl spočívá ve startovacím systému. S GPT může UEFI BIOS sám vytvořit svůj vlastní spouštěcí systém, dynamicky detekující obsah disku při každém spuštění. To nám umožňuje dokonale zavést počítač, i když vyměníme pevný disk za jiný s jinou logickou distribucí. Místo toho MBR nebo staré BIOSy potřebují spustitelný soubor k identifikaci aktivního oddílu a možnost spuštění bootování.

Naštěstí téměř všechny současné pevné disky HDD a SSD jsou předkonfigurovány pomocí systému oddílů GPT a v každém případě ze systému samotného nebo v režimu příkazů pomocí programu Diskpart můžeme tento systém upravit před instalací systému Windows.

Souborové systémy na pevném disku

Abychom dokončili práci s pevným diskem, musíme se naučit, jaké jsou hlavní používané systémy souborů. Jsou základní součástí uživatele a možností ukládání.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

FAT32 je jeho předchůdce ignorující přítomnost systému FAT, protože je v současných úložných systémech prakticky zbytečný. Tento systém umožňuje přiřadit klastrům 32bitové adresy, takže teoreticky podporuje velikost úložiště 8 TB. Skutečnost je taková, že Windows omezuje tuto kapacitu na 128 GB s velikostí souboru ne větší než 4 GB, takže je to systém, který používají pouze malé paměťové jednotky USB.

K překonání omezení systému FAT32 vytvořil systém Windows systém exFAT, který podporuje teoretické velikosti souborů až 16 EB (Exabytes) a teoretické velikosti úložiště 64 ZB (Zettabytes)

Tento systém používá systém Windows k instalaci systému a správě souborů na pevném disku. Aktuálně podporuje 16TB, 256TB soubory jako maximální velikost svazku a můžete formátovat různé velikosti klastru. Jedná se o systém, který pro vaši konfiguraci svazku využívá velké množství místa, proto se doporučuje velikost oddílů větší než 10 GB.

Je to vlastní systém souborů Apple a nahrazuje tradiční HFS přidáním podpory pro větší soubory a větší objemy. Tyto velikosti jsou maximálně 8 EB.

Nyní se zabýváme vlastním souborovým systémem Linuxu, aktuálně ve verzi EXT4. Podporované velikosti souborů jsou maximálně 16 TB a 1 EB jako velikost svazku.

A konečně, ReFS je další systém patentovaný společností Microsoft a předurčený k vývoji NTFS. Byla implementována s Windows Server 2012, ale některé Windows 10 pro obchodní distribuce ji v současné době podporují. Tento systém vylepšuje NTFS v mnoha ohledech, například implementací ochrany proti degradaci dat, opravě a selhání a redundanci, podpoře RAID, ověření integrity dat nebo odstranění chkdsk. Podporuje velikost souborů 16 EB a velikost svazku 1 YB (Yottabyte)

Co je RAID

S koncepcí souborových systémů úzce souvisí konfigurace RAID. Ve skutečnosti existují notebooky nebo počítače, které již mají konfiguraci RAID 0 pro svou úložnou kapacitu.

RAID je zkratka pro redundantní pole nezávislých disků a jedná se o systém pro ukládání dat využívající více paměťových jednotek. V nich jsou data distribuována, jako by to byla jediná jednotka, nebo jsou replikována, aby byla zajištěna integrita dat proti selhání. Tyto paměťové jednotky mohou být pevné disky nebo pevné disky, SSD nebo SSD nebo M.2.

V současné době existuje velké množství úrovní RAID, které spočívá v konfiguraci a přiřazení těchto pevných disků různými způsoby. Například RAID 0 spojuje dva nebo více disků na jeden a distribuuje data na všech z nich. Je ideální pro rozšíření úložiště prohlížením pouze jednoho pevného disku v systému, například dva 1TB HDD mohou tvořit jeden 2TB. Na druhé straně, RAID 1 je právě naopak, jedná se o konfiguraci se dvěma nebo více zrcadlenými disky, takže data jsou replikována na každém z nich.

Výhody a nevýhody HDD versus SSD

Nakonec shrneme a vysvětlíme hlavní rozdíly mezi mechanickým pevným diskem a jednotkou SSD. Za tímto účelem již máme článek, ve kterém jsou všechny tyto faktory podrobně vysvětleny, takže provedeme pouze rychlou syntézu.

Vynikající výhody

• Kapacita: To je jedna z hlavních výhod, které má pevný disk oproti SSD, a to nejen proto, že SSD jsou malé, ale protože se jejich náklady hodně zvyšují. Víme, že pevný disk je na nejrychlejších discích pomalejší než SSD, 400 MB / s vs. 5 000 MB / s, ale jeho paměťová kapacita na jednotku je ideální pro použití jako datový sklad. V současné době existují 3, 5 ”jednotky HDD až do 16 TB. Nízké náklady na GB: V důsledku toho je výše na HDD cena na GB mnohem nižší než na SSD, takže můžeme koupit mnohem větší jednotky, ale za nižší cenu. Pevný disk 2 TB se nachází za cenu přibližně 60 EUR, zatímco 2 TB M.2 SSD je nejméně 220 EUR nebo více. Trvanlivost: A třetí výhodou HDD je trvanlivost vašich talířů. Dávejte pozor, abyste nezmínili jeho trvanlivost a odolnost, ale kolikrát můžeme psát a mazat buňky, což je prakticky neomezené na mechanické pevné disky. Na jednotkách SSD je počet omezen na několik tisíc, což z nich činí mnohem méně atraktivní možnosti pro databáze a servery.

Nevýhody

• Jsou velmi pomalé: s příchodem SSD se mechanické pevné disky staly nejpomalejším zařízením v počítači i pod USB 3.1. Díky tomu jsou téměř na jedno použití k instalaci operačního systému a jsou určeny pouze pro data, pokud opravdu chceme rychlý počítač. Hovoříme o číslech, která umístí HD 40-50krát pomaleji než SSD, není to nesmysl. Fyzická velikost a hluk: Protože jsou mechanické a mají talíře, jejich velikost je ve srovnání s M.2 SSD, která měří pouze 22 × 80 mm, poměrně velká. Podobně mají motorické a mechanické hlavy, aby byly docela hlučné, zejména když jsou soubory fragmentovány. Fragmentace: distribuce ve stopách způsobuje, že se data časem více fragmentují. Jinými slovy, disk vyplní sektory, které zůstaly po vymazání prázdné, takže čtecí hlava musí provést mnoho skoků, aby mohla přečíst celý soubor. V SSD, který je pamětí elektronických buněk, jsou všechny přístupné stejnou rychlostí, stejně jako paměť RAM, tento problém neexistuje.

Závěr na pevných discích

Tímto způsobem se dostáváme na konec našeho článku, který hlouběji rozvíjí téma mechanického pevného disku. Nepochybně jsou to prvky, které přinejmenším pro většinu uživatelů hrají poněkud méně významnou roli tím, že na trhu mají SSD dokonce 2 TB. Stále však představují hvězdnou možnost velkokapacitního úložiště, protože k tomu nepotřebujeme tolik rychlosti, ale hodně místa.

Představte si, co by se stalo, kdybychom měli jeden SSD s 512 nebo 256 GB a chceme ukládat 4K filmy, instalovat hry nebo jsme tvůrci obsahu. Pokud chceme rychlost, musíme utratit jmění, na SSD, zatímco 20 TB s HDD by nás stálo asi 600 eur, zatímco to s SSD SATA by nás mohlo stát asi 2000 eur, a pokud jsou NVMe lepší to ani spočítat.

Nyní vám zanecháme několik článků, které se hodí k doplnění informací, a samozřejmě s našimi průvodci.

Kolik pevných disků máte v počítači a jaký jsou? Používáte SSD a HDD?