Der Aufbau und das Funktionsprinzip einer Festplatte. Magnetplattenspeichergeräte

Magnetplatten Computer werden zur langfristigen Speicherung von Informationen verwendet (sie werden nicht gelöscht, wenn der Computer ausgeschaltet wird). In diesem Fall können im laufenden Betrieb Daten gelöscht und andere geschrieben werden.

Es gibt harte und flexible Magnetplatten. Allerdings werden Disketten heutzutage nur noch sehr selten verwendet. Besonders beliebt waren Disketten in den 80er und 90er Jahren des letzten Jahrhunderts.

Disketten(Disketten), manchmal auch Disketten genannt, sind Magnetplatten, die in quadratischen Kunststoffkassetten mit einer Größe von 5,25 Zoll (133 mm) oder 3,5 Zoll (89 mm) untergebracht sind. Mit Disketten können Sie Dokumente und Programme von einem Computer auf einen anderen übertragen, Informationen speichern und Archivkopien der auf der Festplatte enthaltenen Informationen erstellen.

Informationen auf einer Magnetplatte werden von Magnetköpfen entlang konzentrischer Spuren geschrieben und gelesen. Beim Schreiben oder Lesen von Informationen dreht sich die Magnetplatte um ihre Achse und der Kopf wird über einen speziellen Mechanismus auf die gewünschte Spur bewegt.

3,5-Zoll-Disketten haben eine Kapazität von 1,44 MB. Dieser Diskettentyp ist derzeit am weitesten verbreitet.

Im Gegensatz zu Disketten Festplatte ermöglicht die Speicherung großer Informationsmengen. Die Festplattenkapazität moderner Computer kann Terabyte betragen.

Die erste Festplatte wurde 1973 von IBM entwickelt. Es ermöglichte die Speicherung von bis zu 16 MB an Informationen. Da diese Scheibe 30 Zylinder hatte, die in 30 Sektoren unterteilt waren, wurde sie als 30/30 bezeichnet. In Analogie zu automatischen Gewehren im Kaliber 30/30 erhielt diese Scheibe den Spitznamen „Winchester“.

Eine Festplatte ist ein versiegeltes Eisengehäuse, in dem sich eine oder mehrere Magnetplatten sowie eine Lese-/Schreibkopfeinheit und ein Elektromotor befinden. Wenn Sie den Computer einschalten, dreht der Elektromotor die Magnetplatte mit hoher Geschwindigkeit (mehrere tausend Umdrehungen pro Minute) und die Platte dreht sich weiter, solange der Computer eingeschaltet ist. Über der Diskette „schweben“ spezielle Magnetköpfe, die Informationen wie auf Disketten schreiben und lesen. Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit schweben die Köpfe über der Scheibe. Wenn die Köpfe die Platte berührten, würde die Platte aufgrund der Reibung schnell versagen.

Bei der Arbeit mit Magnetplatten werden die folgenden Konzepte verwendet.

Schiene– ein konzentrischer Kreis auf einer Magnetplatte, der die Grundlage für die Aufzeichnung von Informationen bildet.

Zylinder ist eine Reihe übereinander angeordneter Magnetspuren auf allen Arbeitsflächen von Festplatten.

Sektor– ein Abschnitt einer Magnetspur, der eine der Haupteinheiten der Informationsaufzeichnung darstellt. Jeder Sektor hat eine eigene Nummer.

Cluster- das minimale Element einer Magnetplatte, das das Betriebssystem beim Arbeiten mit Datenträgern ausführt. Jeder Cluster besteht aus mehreren Sektoren.

Jede Magnetplatte hat eine logische Struktur, die die folgenden Elemente umfasst:

• Bootsektor;
• Dateizuordnungstabellen;
• Datenbereich.

Bootsektor(Boot Record) belegt die Sektornummer 0. Es enthält ein kleines Programm IPL2 (Initial Program Loading 2), mit dem der Computer ermittelt, ob das Laden des Betriebssystems von dieser Festplatte möglich ist.

Eine Besonderheit der Festplatte ist das Vorhandensein eines weiteren Bereichs neben dem Bootsektor – Hauptbootsektor(Master Boot Record). Tatsache ist, dass eine einzelne Festplatte in mehrere logische Laufwerke unterteilt werden kann. Dem Haupt-Bootsektor auf der Festplatte wird immer der physische Sektor 1 zugewiesen. Dieser Sektor enthält das IPL1-Programm (Initial Program Loading 1), das bei seiner Ausführung die Bootplatte definiert.

Dateizuordnungstabelle Wird zum Speichern von Informationen über den Speicherort von Dateien auf der Festplatte verwendet. Bei Magnetplatten werden in der Regel zwei Kopien von Tabellen verwendet, die nacheinander folgen und deren Inhalt völlig gleich ist. Dies erfolgt für den Fall, dass auf der Festplatte Fehler auftreten. Die Festplatte kann jederzeit mithilfe einer zweiten Kopie der Tabelle „repariert“ werden. Wenn beide Kopien beschädigt sind, gehen alle Informationen auf der Festplatte verloren.

Datenbereich(Datenbereich) nimmt den Großteil des Speicherplatzes ein und dient direkt zur Speicherung von Daten.

Kommunikation, Kommunikation, Funkelektronik und digitale Geräte

Die Domänen magnetischer Materialien, die bei der Längsaufzeichnung verwendet werden, liegen parallel zur Oberfläche des Mediums. Dieser Effekt wird bei der Aufzeichnung digitaler Daten genutzt, indem sich das Magnetfeld des Kopfes entsprechend dem Informationssignal ändert. Versuche, die Oberflächenaufzeichnungsdichte durch Verringerung der Partikelgröße zu erhöhen, werden das Verhältnis der Größe der Unsicherheitszone zur Größe der nutzbaren Zone erhöhen, was nicht zu Gunsten der letzteren ist, und letztendlich unweigerlich zum sogenannten superparamagnetischen Effekt führen wenn die Teilchen in eine Einzeldomäne gelangen ...

Aufzeichnungstechnologien für Magnetplatten

Längsaufnahme

Die ersten Festplatten, die in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts auf den Markt kamen, nutzten die Technologie der longitudinalen Informationsaufzeichnung. Dazu wurde die Oberfläche der Platte, wie auch die Oberfläche des Magnetbandes, mit einer Schicht aus Chromdioxid überzogen CrO2 oder Eisenoxid, das für eine Längsmagnetisierung der Aufzeichnungsschicht sorgt. Die Zwangskraft eines solchen Trägers Hc = 28 kA/m.

Die Technologie zum Aufbringen der Oxidschicht ist recht komplex. Zunächst wird eine Suspension aus einer Mischung aus Eisenoxidpulver und geschmolzenem Polymer auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Aluminiumscheibe gesprüht. Durch die Wirkung der Zentrifugalkräfte wird es gleichmäßig über die Oberfläche der Scheibe von der Mitte bis zum Außenrand verteilt. Nach der Polymerisation der Lösung wird die Oberfläche geschliffen und darauf eine weitere Schicht aus reinem Polymer aufgetragen, das eine ausreichende Festigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist. Anschließend wird die Scheibe abschließend poliert. Festplatten dieses Laufwerkstyps sind braun oder gelb.

Magnetische Materialien haben bekanntermaßen eine Domänenstruktur, d.h. bestehen aus separaten mikroskopischen Bereichen - Domänen , in dem die magnetischen Momente aller Atome in eine Richtung gerichtet sind. Infolgedessen hat jede dieser Domänen ein ziemlich großes magnetisches Gesamtmoment. Die Domänen magnetischer Materialien, die bei der Längsaufzeichnung verwendet werden, liegen parallel zur Oberfläche des Mediums. Wenn das magnetische Material nicht durch ein äußeres Magnetfeld beeinflusst wird, ist die Ausrichtung der magnetischen Momente einzelner Domänen chaotisch und jede Richtung ist gleich wahrscheinlich. Wenn ein solches Material einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, neigen die magnetischen Momente der Domänen dazu, sich in eine Richtung auszurichten, die mit der Richtung des externen Magnetfelds übereinstimmt. Dieser Effekt wird bei der Aufzeichnung digitaler Daten durch das Magnetfeld des Kopfes genutzt, das sich entsprechend dem Informationssignal ändert.

Das minimale Element (Zelle) des Speichers der magnetischen Aufzeichnungsschicht, das ein Informationsbit speichern kann, ist keine separate Domäne, sondern ein Partikel (Bereich), der aus mehreren Dutzend Domänen (70-100) besteht. Wenn die Richtung des gesamten magnetischen Moments eines solchen Teilchens mit der Bewegungsrichtung des Magnetkopfes übereinstimmt, kann sein Zustand mit der logischen „0“ der Daten verglichen werden, wenn die Richtungen entgegengesetzt sind, mit der logischen „1“. “.

Wenn benachbarte Regionen jedoch entgegengesetzte Richtungen magnetischer Momente aufweisen, stoßen sich die Domänen, die sich an der Grenze zwischen ihnen befinden und sich wie Pole berühren, gegenseitig ab und ändern schließlich die Richtungen ihrer magnetischen Momente auf unvorhersehbare Weise, um einen energetisch stabileren Zustand anzunehmen Position. Dadurch entsteht an der Grenze der beiden Bereiche eine Unsicherheitszone, die die Größe des Bereichs, in dem ein Bit der aufgezeichneten Informationen gespeichert ist, und dementsprechend den Pegel des Nutzsignals beim Lesen verringert (Abb. 5.6). Der Geräuschpegel steigt natürlich.

Versuche, die Oberflächenaufzeichnungsdichte durch Reduzierung der Partikelgröße zu erhöhen, führen zu einer Vergrößerung des Verhältnisses der Größe der Unsicherheitszone zur Größe der Nutzzone, was nicht zu Lasten der letzteren geht, und werden am Ende unweigerlich zum sogenannten führensuperparamagnetischer Effekt, wenn die Teilchen hineingehenEinzeldomänenstatusund kann die aufgezeichneten Informationen nicht mehr aufzeichnen, da benachbarte Domänen mit entgegengesetzt gerichteten magnetischen Momenten sofort nach Entfernen des Magnetfelds des Aufzeichnungskopfes ihre Ausrichtung ändern. Das Material der Aufzeichnungsschicht wird im gesamten Volumen gleichmäßig magnetisiert.

Aufgrund des Vorhandenseins von Superparamagnetismus erreichte die Technologie der Längsaufzeichnung bereits Mitte des ersten Jahrzehnts ihren Höhepunkt XXI Jahrhundert Aufzeichnungsdichte von 120 Gbit pro Zoll 2 , hat seine Leistungsfähigkeit praktisch ausgeschöpft und ist nicht mehr in der Lage, die Kapazität von Festplatten deutlich zu steigern. Dies zwang die Entwickler dazu, sich anderen Technologien zuzuwenden, die diesen Nachteil nicht hatten.

Senkrechte Aufnahme

Die Möglichkeit der senkrechten Aufzeichnung beruht auf der Tatsache, dass in dünnen Filmen, die Kobalt, Platin und einige andere Substanzen enthalten, die Atome dieser Substanzen dazu neigen, so ausgerichtet zu sein, dass ihre magnetischen Achsen senkrecht zur Oberfläche des Trägers stehen. Aus solchen Atomen gebildete Domänen befinden sich auch senkrecht zur Oberfläche des Trägers.

Das Signal im magnetischen Lesekopf entsteht erst, wenn es die magnetischen Feldlinien der Domäne kreuzt, also an der Stelle, an der diese Kraftlinien senkrecht zur Oberfläche des Trägers stehen. Bei einer Domäne, die parallel zur Oberfläche des Trägers liegt, stehen die magnetischen Feldlinien nur an ihren Enden senkrecht zur Oberfläche und erreichen dort die Oberfläche (Abb. 5.7a). Wenn sich der Kopf parallel zur Domäne und damit parallel zu seinen Feldlinien bewegt, gibt es in ihm kein Signal. Eine Reduzierung der Domänenlänge zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichte ist nur bedingt möglich – bis der superparamagnetische Effekt zu wirken beginnt. Stehen die Domänen senkrecht zur Oberfläche des Trägers, stehen die Kraftlinien ihrer Magnetfelder immer senkrecht zur Oberfläche und enthalten Informationen (Abb. 5.7b). Aufgrund der Länge der Domain kommt es zu keinen „Leerläufen“. Ebenso wird es keinen Superparamagnetismus geben, da sich Domänen mit entgegengesetzter Magnetisierung nicht gegenseitig abstoßen. Es ist offensichtlich, dass die Aufzeichnungsdichte auf einem Medium mit senkrechter Magnetisierung höher erreicht werden kann.

Eine für die senkrechte Aufnahme konzipierte Disc erfordert eine spezielle Herstellungstechnologie. Die Basis der Platte wird gründlich poliert und anschließend wird im Vakuumabscheidungsverfahren eine Ausgleichsschicht aus Nickelphosphat auf die Oberfläche aufgetragen. NiP Dicke in der Größenordnung von 10 Mikrometern, was zum einen die Oberflächenrauheit verringert und zum anderen die Haftung an nachfolgenden Schichten erhöht (Abb. 5.8).

Als nächstes wird eine Schicht aus weichmagnetischem Material aufgebracht, die das Auslesen von Daten aus der Aufzeichnungsschicht ermöglicht, und die Aufzeichnungsschicht selbst besteht aus einem Material mit senkrechter Ausrichtung der magnetischen Domänen. Kobalt (Co), Platin ( Pt), Palladium (Pd ), ihre Legierungen untereinander und mit Chrom ( Cr ) sowie mehrschichtige Strukturen, die aus mehreren Atomen dicken dünnen Filmen dieser Metalle bestehen.

Auf der Aufzeichnungsschicht wird ein Schutzfilm aus Glaskeramik mit einer Dicke von etwa Hundertstel Mikrometern aufgebracht.

Das Aufzeichnen von Informationen auf einer Aufzeichnungsschicht mit senkrechter Magnetisierung hat seine eigenen Eigenschaften. Um einen akzeptablen Signalpegel und ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu gewährleisten, müssen die vom Aufzeichnungskopf erzeugten magnetischen Feldlinien durch die Aufzeichnungsschicht hindurch wieder dicht am Kopfkern anliegen. Hierzu dient die unterhalb der Aufzeichnungsschicht liegende weichmagnetische Unterschicht (Abb. 5.9).

Nach vorläufigen Prognosen von Experten wird die Perpendicular-Recording-Technologie Aufzeichnungsdichten von bis zu 500 Gbit/Zoll ermöglichen 2 . In diesem Fall beträgt die Kapazität eines 3,5-Zoll-Laufwerks 2 TB, eines 2,5-Zoll-Laufwerks 640 GB und eines 1-Zoll-Laufwerks 50 GB. Dabei handelt es sich allerdings nur um vorläufige Prognosen. Möglicherweise liegt die Obergrenze bei 1 Tbit/Zoll 2 und noch mehr. Die Zukunft wird es zeigen.

Vielversprechende magnetische Aufzeichnungstechnologien

Die senkrechte Aufzeichnungstechnologie befindet sich derzeit in der aktiven Entwicklung und ist noch weit davon entfernt, ihre maximale Aufzeichnungsdichte zu erreichen. Dieser Moment wird jedoch eines Tages kommen. Vielleicht sogar früher, als es jetzt scheint. Daher wird bereits an der Suche nach neuen hocheffizienten Magnetaufzeichnungstechnologien geforscht.

Eine dieser Technologien ist die thermomagnetische AufzeichnungHAMR (Wärmeunterstützte magnetische Aufzeichnung), d.h. Aufnahme mit Medienvorwärmung. Bei dieser Methode wird der Bereich des Aufzeichnungsmediums kurzzeitig (1 Pikosekunde) mit einem fokussierten Laserstrahl erhitzt – genau wie bei der magnetooptischen Aufzeichnung.Der Unterschied zwischen den Technologien zeigt sich in der Art und Weise, wie Informationen von der Festplatte gelesen werden. Bei magnetooptischen Laufwerken werden Informationen von einem Laserstrahl gelesen, der mit einer geringeren Leistung als beim Aufzeichnen arbeitet, und bei der thermomagnetischen Aufzeichnung werden Informationen von einem Magnetkopf auf die gleiche Weise wie von einer normalen Festplatte gelesen.Und die Aufzeichnungsdichte soll hier deutlich höher sein als bei magnetooptischen Formaten MD, CD-MO oder DVD-MO – bis zu 10 Tbit/Zoll 2 . Daher werden andere Materialien als Aufzeichnungsmedium benötigt. Als solche Materialien gelten derzeit verschiedene Verbindungen von Platin, Kobalt, Neodym, Samarium und einigen anderen Elementen: Fe 14 Nd 2 B, CoPt, FePt, Co 5 Sm usw. Solche Materialien sind sehr teuer – sowohl wegen der hohen Kosten der in ihrer Zusammensetzung enthaltenen Seltenerdelemente als auch wegen der Komplexität und hohen Kosten des technologischen Prozesses zu ihrer Herstellung und Aufbringung auf die Oberfläche der Basis des vorgesehenen Trägers. Schreib-/Lesekopf-Design in der Technik HAMR Es wird auch davon ausgegangen, dass es völlig anders ist als bei der magnetooptischen Aufzeichnung: Der Laser sollte sich auf der gleichen Seite wie der Magnetkopf befinden und nicht auf der gegenüberliegenden Seite, wie bei magnetooptischen Aufzeichnungsgeräten (Abb. 5.10). Die Erwärmung soll auf eine Temperatur von etwa 100 Grad Celsius erfolgen, nicht auf 180.

Eine weitere vielversprechende Richtung in der Entwicklung der magnetischen Aufzeichnung ist die Verwendung von Materialien als Aufzeichnungsschicht, in denen die Partikel in einer klar strukturierten Domänenanordnung angeordnet sind ( Bitgemusterte Medien ). Bei dieser Struktur wird jedes Informationsbit in nur einer Zelldomäne gespeichert und nicht in einem Array von 70–100 Domänen (Abb. 5.11).

Ein solches Material kann entweder künstlich mittels Photolithographie erzeugt werden (Abb. 5.12) oder es kann eine Legierung mit geeigneter selbstorganisierender Struktur gefunden werden.

Es ist unwahrscheinlich, dass die erste Methode entwickelt wird, da es darum geht, Material zu erhalten, das eine Aufzeichnungsdichte von mindestens 1 Tbit/Zoll ermöglicht 2 , sollte die Größe eines Partikels maximal 12,5 nm betragen. Weder die bestehende noch die für die nächsten 10 Jahre geplante Lithographietechnik bietet dies. Obwohl es durchaus clevere Lösungen gibt, die es ermöglichen, diesen Ansatz nicht außer Acht zu lassen.

Suche nach selbstorganisierenden magnetischen Materialien (SOMA – Self-Ordered Magnetic Array) eine vielversprechende Richtung. Seit mehreren Jahren weisen Seagate-Spezialisten auf die Eigenschaften der in einem Hexan-Lösungsmittel verdampften FePt-Legierung hin. Das resultierende Material hat eine vollkommen glatte Zellstruktur. Die Größe einer Zelle beträgt 2,4 nm. Wenn wir berücksichtigen, dass jede Domäne sehr stabil ist, können wir von einer akzeptablen Aufzeichnungsdichte von 40-50 Tbit/Zoll sprechen 2 ! Dies scheint die endgültige Grenze für die Aufzeichnung auf magnetischen Medien zu sein.

S

Zonen der Unsicherheit

Reis. 5.6. Unsicherheitszonen, die sich aus der Längsschnittaufzeichnung ergeben

Es gibt ein Signal

Kein Signal

Reis. 5.7. Medien mit Parallel(en)

und senkrechte (b) Magnetisierung

Unterschicht aus weichmagnetischem Material

Scheibenbasis (Al)

Ausgleichsschicht ( NiP)

Aufzeichnungsschicht mit senkrechter Magnetisierung

Schutzschicht

Reis. 5.8. Festplattenstruktur mit Senkrechte

Magnetisierung

Hartmagnetische Aufzeichnungsschicht

Weichmagnetische Unterschicht

Reis. 5.9. Aufnahme auf Material mit Senkrechten

Magnetisierung

Aufnahmestange

Rücklaufpolpol

Reis. 5.10. Magnetooptischer Kopf SCHADEN

Reis. 5.11. BRM-Mikrostruktur: 1 – Bereich, der einem Informationsbit während der normalen Aufzeichnung entspricht; 2 – ein Array, dessen Grenzen mit den Grenzen der Domänen übereinstimmen; 3 – Domäne, die ein Datenbit speichern kann

Reis. 5.12. Mittels Fotolithographie erhaltene Aufzeichnungsschicht

Informationen werden entlang konzentrischer Spuren auf magnetischen Medien aufgezeichnet. Die Spuren sind in Sektoren unterteilt (512 Bytes für eine Diskette). Der Datenaustausch zwischen NMD und RAM erfolgt sequentiell Sektoren (Cluster).

Die Oberfläche einer Festplatte wird als dreidimensionale Matrix betrachtet, deren Dimensionen Oberflächennummern, Zylindernummer (Spurnummer) und Sektornummer sind. Unter einem Zylinder versteht man eine Menge aller Bahnen, die zu verschiedenen Oberflächen gehören und sich in gleichem Abstand von der Rotationsachse befinden. Daten darüber, wo auf der Festplatte eine bestimmte Datei gespeichert ist, werden im Systembereich der Festplatte gespeichert.

Jede Festplatte kann zwei Bereiche haben: systemisch Und Daten .

I. Der Systembereich der Festplatte besteht aus drei Abschnitten:

1. Master Boot Record (MBR – Master Boot Record), der allererste Sektor der Festplatte, der die Struktur der Festplatte beschreibt: Welche Partition (logische Festplatte) ist die Systempartition, wie viele Partitionen befinden sich auf dieser Festplatte, welche Größe haben sie;

2. Dateizuordnungstabelle (FAT – File Allocation Table). Die Anzahl der FAT-Zellen entspricht der Anzahl der Cluster auf der Festplatte (sie sind von 2 bis N+1 nummeriert, wobei N die Gesamtzahl der Cluster auf der Festplatte ist). Die Zellwerte sind ein Hexadezimalcode, anhand dessen Sie den Status des Clusters beurteilen können: Entweder ist er defekt (Code FFF1-FFF7), oder er ist frei (0000), oder er wird von einer Datei verwendet (der Code). entspricht der Nummer des Clusters, in dem die aktuelle Datei weiterläuft (0002-FFF0), oder sie enthält den letzten Teil der Datei (FFF8-FFFF).

3. Stammverzeichnis der Festplatte – eine Liste von Dateien und Unterverzeichnissen mit ihren Parametern.

II. Im Datenbereich Unterverzeichnisse und die Daten selbst befinden sich. Auf einer Festplatte wird auf jedem logischen Laufwerk ein Systembereich erstellt.

Auf Festplatte Cluster ist das minimal adressierbare Element. Die Clustergröße ist im Gegensatz zur Sektorgröße nicht streng festgelegt (von 512 Byte bis 64 KB). Dies hängt normalerweise von der Art des verwendeten Dateisystems und der Festplattenkapazität ab. Die Cluster werden in linearer Reihenfolge nummeriert (vom ersten Cluster der Nullspur bis zum letzten Cluster der letzten Spur).

Physisch gesehen können sich Cluster, die einer Datei zugeordnet sind, in jedem freien Speicherplatz auf dem Festplattenspeicher befinden und müssen nicht unbedingt benachbart sein. Dateien, die in auf der Festplatte verstreuten Clustern gespeichert sind, werden als fragmentiert bezeichnet.

Beispielsweise kann Datei_1 die Cluster 34, 35 und 47, 48 belegen, und Datei_2 kann die Cluster 36 und 49 belegen.

Für die beiden oben besprochenen Dateien hat die FAT-Tabelle von der 1. bis zur 54. Zelle beispielsweise die folgende Form:

Die Platzierungskette für die Datei Datei_1 ist wie folgt: Die anfängliche 34. FAT-Zelle speichert die Adresse des nächsten Clusters (35), die nächste 35. Zelle speichert jeweils 47, die 47. Zelle speichert 48 und die 48. Zelle speichert die Endadresse. Of-File-Zeichen (TO).

Die Betriebssysteme MS-DOS, OS/2, Windows 95 und andere verwenden ein Dateisystem, das auf Dateizuordnungstabellen (FAT-Tabellen) basiert. Dateizuordnungstabelle), bestehend aus 16-Bit-Feldern. Dieses Dateisystem heißt FAT16. Damit können Sie in FAT-Tabellen nicht mehr als 65.536 Datensätze (2 16) über den Standort von Datenspeichereinheiten platzieren. Bei Festplatten mit einer Kapazität von 1 bis 2 GB beträgt die Clusterlänge 32 KB (64 Sektoren). Dies ist keine völlig rationelle Nutzung des Arbeitsbereichs, da jede Datei (auch eine sehr kleine) den gesamten Cluster vollständig einnimmt, was nur einem Adresseintrag in der Dateizuordnungstabelle entspricht. Selbst wenn die Datei groß genug ist und in mehreren Clustern liegt, bildet sich am Ende immer noch ein gewisser Rest, der den gesamten Cluster verschwendet.

Mit ... anfangen Windows 98 Familienbetriebssysteme Windows (Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows XP) unterstützen eine erweiterte Version des Dateisystems basierend auf FAT-Tabellen - FAT32 mit 32-Bit-Feldern in der Dateizuordnungstabelle. Für Festplatten mit einer Größe von bis zu 8 GB bietet dieses System eine Clustergröße von 4 KB (8 Sektoren).

Betriebssystem Windows NT und Windows XP in der Lage, ein völlig anderes Dateisystem zu unterstützen - NTFS. Darin ist die Dateispeicherung anders organisiert – Dienstinformationen werden in der Hauptdateitabelle gespeichert (MFT).Im System NTFS Die Clustergröße hängt nicht von der Festplattengröße ab. und möglicherweise sollte dieses System bei sehr großen Festplatten effizienter arbeiten als FAT32. Unter Berücksichtigung der typischen Eigenschaften moderner Computer können wir jedoch sagen, dass die aktuelle Effizienz FAT32 Und NTFS ungefähr gleich.

Ein Festplattenlaufwerk (HDD) \ HDD (Festplattenlaufwerk) \ Festplatte (Medium) ist ein materielles Objekt, das Informationen speichern kann.

Informationsspeichergeräte können nach folgenden Kriterien klassifiziert werden:

• Methode zur Informationsspeicherung: magnetoelektrisch, optisch, magnetooptisch;
• Art des Speichermediums: Laufwerke auf Disketten und Festplatten, optische und magnetooptische Platten, Magnetbänder, Solid-State-Speicherelemente;
• die Methode zur Organisation des Zugriffs auf Informationen – direkte, sequentielle und Blockzugriffslaufwerke;
• Art des Informationsspeichergeräts – eingebettet (intern), extern, eigenständig, mobil (tragbar) usw.

Ein erheblicher Teil der derzeit verwendeten Informationsspeichergeräte basiert auf magnetischen Medien.

Festplattengerät

Die Festplatte enthält eine Reihe von Platten, meist Metallscheiben, die mit einem magnetischen Material beschichtet sind (Gammaferritoxid, Bariumferrit, Chromoxid...) und über eine Spindel (Welle, Achse) miteinander verbunden sind.
Die Scheiben selbst (ca. 2 mm dick) bestehen aus Aluminium, Messing, Keramik oder Glas. (siehe Bild)

Für die Aufnahme werden beide Oberflächen der Discs genutzt. Gebraucht 4-9 Platten. Die Welle dreht sich mit hoher konstanter Drehzahl (3600-7200 U/min)
Die Drehung der Scheiben und die radikale Bewegung der Köpfe erfolgt mit 2 Elektromotoren.
Daten werden mit geschrieben oder gelesen Schreib-/Leseköpfe eine für jede Oberfläche der Festplatte. Die Anzahl der Köpfe entspricht der Anzahl der Arbeitsflächen aller Platten.

Informationen werden an genau definierten Stellen – konzentrisch – auf die Festplatte geschrieben Spuren (Spuren) . Die Tracks sind unterteilt in Sektoren. Ein Sektor enthält 512 Bytes an Informationen.

Der Datenaustausch zwischen RAM und NMD erfolgt sequentiell durch einen Integer (Cluster). Cluster- Ketten aufeinanderfolgender Sektoren (1,2,3,4,...)

Besonders Motor Positioniert den Lese-/Schreibkopf mithilfe einer Halterung über einer bestimmten Spur (bewegt ihn in radialer Richtung).
Beim Drehen der Scheibe befindet sich der Kopf über dem gewünschten Sektor. Offensichtlich bewegen sich alle Köpfe gleichzeitig und lesen Daten. Köpfe bewegen sich gleichzeitig und lesen Informationen von identischen Spuren auf verschiedenen Laufwerken.

Als Festplattenlaufwerke werden Festplattenspuren mit gleicher Seriennummer auf unterschiedlichen Festplattenlaufwerken bezeichnet Zylinder .
Die Lese-/Schreibköpfe bewegen sich entlang der Oberfläche der Platte. Je näher der Kopf an der Oberfläche der Platte ist, ohne diese zu berühren, desto höher ist die zulässige Aufzeichnungsdichte.

Festplattengerät

Magnetisches Prinzip des Lesens und Schreibens von Informationen

Prinzip der magnetischen Informationsaufzeichnung

Die physikalischen Grundlagen der Prozesse der Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen auf magnetischen Medien werden in den Werken der Physiker M. Faraday (1791 – 1867) und D. C. Maxwell (1831 – 1879) gelegt.

Bei magnetischen Speichermedien erfolgt die digitale Aufzeichnung auf magnetisch empfindlichem Material. Zu diesen Materialien gehören einige Arten von Eisenoxiden, Nickel, Kobalt und seinen Verbindungen, Legierungen sowie Magnetoplaste und Magnetoelastika mit viskosen Kunststoffen und Gummi sowie magnetische Mikropulvermaterialien.

Die magnetische Beschichtung ist mehrere Mikrometer dick. Die Beschichtung wird auf eine nichtmagnetische Unterlage aufgebracht, die für Magnetbänder und Disketten aus Kunststoffen besteht, für Festplatten werden Aluminiumlegierungen und Verbundsubstratmaterialien verwendet. Die magnetische Beschichtung der Platte weist eine Domänenstruktur auf, d.h. besteht aus vielen magnetisierten winzigen Partikeln.

Magnetische Domäne (von lateinisch dominium – Besitz) ist ein mikroskopisch kleiner, gleichmäßig magnetisierter Bereich in ferromagnetischen Proben, der durch dünne Übergangsschichten (Domänengrenzen) von benachbarten Bereichen getrennt ist.

Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes richten sich die domäneneigenen Magnetfelder entsprechend der Richtung der magnetischen Feldlinien aus. Nachdem der Einfluss des externen Feldes aufhört, bilden sich Zonen mit Restmagnetisierung auf der Oberfläche der Domäne. Dank dieser Eigenschaft werden Informationen in Gegenwart eines Magnetfelds auf einem magnetischen Medium gespeichert.

Beim Aufzeichnen von Informationen wird mithilfe eines Magnetkopfes ein externes Magnetfeld erzeugt. Beim Lesen von Informationen induzieren die dem Magnetkopf gegenüberliegenden Zonen mit Restmagnetisierung beim Lesen eine elektromotorische Kraft (EMF).

Das Schema zum Schreiben und Lesen von einer Magnetplatte ist in Abb. 3.1 dargestellt. Eine Änderung der Richtung der EMF über einen bestimmten Zeitraum wird mit einer binären Einheit identifiziert, und das Fehlen dieser Änderung wird mit Null identifiziert. Der angegebene Zeitraum wird aufgerufen Bitelement.

Die Oberfläche eines magnetischen Mediums wird als eine Folge von Punktpositionen betrachtet, von denen jede mit einer Information verbunden ist. Da die Position dieser Positionen nicht genau bestimmt werden kann, sind für die Aufzeichnung vorab angebrachte Markierungen erforderlich, die das Auffinden der erforderlichen Aufzeichnungspositionen erleichtern. Um solche Synchronisationsmarkierungen anzubringen, muss die Platte in Spuren unterteilt werden
und Branchen - Formatierung

Die Organisation des schnellen Zugriffs auf Informationen auf der Festplatte ist ein wichtiger Schritt bei der Datenspeicherung. Der schnelle Zugriff auf jeden Teil der Plattenoberfläche wird erstens durch eine schnelle Rotation und zweitens durch die Bewegung des magnetischen Lese-/Schreibkopfes entlang des Radius der Platte gewährleistet.
Eine Diskette dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 300–360 U/min und eine Festplatte rotiert mit 3600–7200 U/min.

Logisches Festplattengerät

Die Magnetplatte ist zunächst nicht betriebsbereit. Um es in einen funktionsfähigen Zustand zu bringen, muss es sein formatiert, d.h. Die Festplattenstruktur muss erstellt werden.

Die Struktur (Layout) der Festplatte wird während des Formatierungsvorgangs erstellt.

Formatierung Magnetplatten umfassen 2 Stufen:

1. physische Formatierung ( niedriges Niveau)
2. logisch (hohes Niveau).

Beim physischen Formatieren wird die Arbeitsfläche der Festplatte in einzelne Bereiche unterteilt, die als „Formatierung“ bezeichnet werden Sektoren, die entlang konzentrischer Kreise liegen - Pfade.

Darüber hinaus werden Sektoren ermittelt und gekennzeichnet, die für die Datenaufzeichnung ungeeignet sind schlecht um deren Verwendung zu vermeiden. Jeder Sektor ist die kleinste Dateneinheit auf einer Festplatte und verfügt über eine eigene Adresse, um den direkten Zugriff darauf zu ermöglichen. Die Sektoradresse umfasst die Disc-Seitennummer, die Spurnummer und die Sektornummer auf der Spur. Die physikalischen Parameter der Festplatte werden eingestellt.

Der Anwender muss sich in der Regel nicht um die physische Formatierung kümmern, da Festplatten in den meisten Fällen formatiert ankommen. Im Allgemeinen sollte dies von einem spezialisierten Servicecenter durchgeführt werden.

Low-Level-Formatierung muss in folgenden Fällen durchgeführt werden:

• wenn in Spur Null ein Fehler auftritt, der beim Booten von einer Festplatte Probleme verursacht, beim Booten von einer Diskette aber auf die Festplatte selbst zugegriffen werden kann;
• wenn Sie eine alte Festplatte wieder in einen funktionsfähigen Zustand versetzen, beispielsweise nachdem sie von einem kaputten Computer neu angeordnet wurde.
• wenn die Festplatte für die Verwendung mit einem anderen Betriebssystem formatiert ist;
• wenn die Festplatte nicht mehr normal funktioniert und alle Wiederherstellungsmethoden nicht zu positiven Ergebnissen geführt haben.

Bitte beachten Sie, dass es sich um eine physische Formatierung handelt eine sehr leistungsstarke Operation— Bei der Ausführung werden die auf der Festplatte gespeicherten Daten vollständig gelöscht und eine Wiederherstellung ist völlig unmöglich! Fahren Sie daher nicht mit der Low-Level-Formatierung fort, es sei denn, Sie sind sicher, dass Sie alle wichtigen Daten von der Festplatte gespeichert haben!

Nachdem Sie eine Low-Level-Formatierung durchgeführt haben, besteht der nächste Schritt darin, eine oder mehrere Partitionen der Festplatte zu erstellen logische Laufwerke - Der beste Weg, mit dem Durcheinander von Verzeichnissen und Dateien umzugehen, die auf der Festplatte verstreut sind.

Ohne Hardwareelemente zu Ihrem System hinzuzufügen, haben Sie die Möglichkeit, mit mehreren Teilen einer Festplatte zu arbeiten, beispielsweise mit mehreren Laufwerken.
Dadurch wird die Festplattenkapazität nicht erhöht, ihre Organisation kann jedoch erheblich verbessert werden. Darüber hinaus können unterschiedliche logische Laufwerke für unterschiedliche Betriebssysteme verwendet werden.

Bei logische Formatierung Durch die logische Organisation des Festplattenspeichers werden die Medien schließlich für die Datenspeicherung vorbereitet.
Die Festplatte ist zum Schreiben von Dateien in Sektoren vorbereitet, die durch Low-Level-Formatierung erstellt wurden.
Nach der Erstellung der Festplattenpartitionstabelle folgt der nächste Schritt – die logische Formatierung einzelner Teile der Partition, im Folgenden als logische Festplatten bezeichnet.

Logisches Laufwerk – Dies ist ein Bereich der Festplatte, der genauso funktioniert wie ein separates Laufwerk.

Die logische Formatierung ist ein viel einfacherer Prozess als die Low-Level-Formatierung.
Um es auszuführen, booten Sie von der Diskette, die das FORMAT-Dienstprogramm enthält.
Wenn Sie über mehrere logische Laufwerke verfügen, formatieren Sie diese alle einzeln.

Während des logischen Formatierungsvorgangs wird die Festplatte zugewiesen Systembereich, das aus 3 Teilen besteht:

• Bootsektor und Partitionstabelle (Boot-Record)
• Dateizuordnungstabellen (FAT), in dem die Anzahl der Spuren und Sektoren aufgezeichnet wird, in denen Dateien gespeichert sind
• Stammverzeichnis (Stammverzeichnis).

Informationen werden in Teilen über den Cluster erfasst. Es dürfen sich nicht zwei verschiedene Dateien im selben Cluster befinden.
Darüber hinaus kann der Datenträger an dieser Stelle noch mit einem Namen versehen werden.

Eine Festplatte kann in mehrere logische Laufwerke aufgeteilt werden und umgekehrt können 2 Festplatten zu einem logischen Laufwerk zusammengefasst werden.

Es wird empfohlen, auf Ihrer Festplatte mindestens zwei Partitionen (zwei logische Laufwerke) zu erstellen: Eine davon ist für das Betriebssystem und die Software reserviert, die zweite Festplatte ist ausschließlich für Benutzerdaten reserviert. Auf diese Weise werden Daten und Systemdateien getrennt voneinander gespeichert und im Falle eines Betriebssystemausfalls besteht eine viel größere Chance, dass Benutzerdaten gespeichert werden.

Eigenschaften von Festplatten

Festplatten (Festplatten) unterscheiden sich in folgenden Eigenschaften voneinander:

1. Kapazität
2. Leistung – Datenzugriffszeit, Geschwindigkeit beim Lesen und Schreiben von Informationen.
3. Schnittstelle (Verbindungsmethode) – der Typ des Controllers, an den die Festplatte angeschlossen werden soll (meistens IDE/EIDE und Verschiedene Optionen SCSI).
4. andere Eigenschaften

1. Kapazität— die Informationsmenge, die auf die Festplatte passt (bestimmt durch den Stand der Herstellungstechnologie).
Heute beträgt die Kapazität 500–2000 oder mehr GB. Sie können nie genug Festplattenspeicher haben.

2. Betriebsgeschwindigkeit (Leistung) Die Festplatte wird durch zwei Indikatoren gekennzeichnet: Festplattenzugriffszeit Und Lese-/Schreibgeschwindigkeit der Festplatte.

Zugriffszeit – die Zeit, die benötigt wird, um die Lese-/Schreibköpfe auf die gewünschte Spur und den gewünschten Sektor zu bewegen (positionieren).
Die durchschnittliche typische Zugriffszeit zwischen zwei zufällig ausgewählten Spuren beträgt etwa 8–12 ms (Millisekunden), schnellere Festplatten haben eine Zeit von 5–7 ms.
Die Übergangszeit zur Nachbarspur (Nachbarzylinder) beträgt weniger als 0,5 - 1,5 ms. Es braucht auch Zeit, sich dem gewünschten Sektor zuzuwenden.
Die gesamte Festplattenrotationszeit für heutige Festplatten beträgt 8–16 ms, die durchschnittliche Sektorwartezeit beträgt 3–8 ms.
Je kürzer die Zugriffszeit, desto schneller arbeitet die Festplatte.

Lese-/Schreibgeschwindigkeit(Eingangs-/Ausgangsbandbreite) oder Datenübertragungsrate (Transfer)– Die Übertragungszeit sequentieller Daten hängt nicht nur von der Festplatte ab, sondern auch von deren Controller, Bustypen und Prozessorgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit langsamer Festplatten beträgt 1,5-3 MB/s, bei schnellen 4-5 MB/s und bei den neuesten 20 MB/s.
Festplatten mit SCSI-Schnittstelle unterstützen eine Rotationsgeschwindigkeit von 10.000 U/min. und durchschnittliche Suchzeit 5 ms, Datenübertragungsgeschwindigkeit 40–80 Mbit/s.

3.Festplattenschnittstellenstandard - d.h. der Typ des Controllers, an den die Festplatte angeschlossen werden soll. Er ist dran Hauptplatine.
Es gibt drei Hauptverbindungsschnittstellen

1. IDE und ihre verschiedenen Varianten

IDE (Integrated Disk Electronic) oder (ATA) Advance Technology Attachment
Vorteile: Einfachheit und niedrige Kosten

Übertragungsgeschwindigkeit: 8,3, 16,7, 33,3, 66,6, 100 Mbit/s. Während sich die Daten weiterentwickeln, unterstützt die Schnittstelle die Erweiterung der Geräteliste: Festplatte, Superdiskette, Magneto-Optik,
NML, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Einige Elemente der Parallelisierung (Gneuing und Disconnect/Reconnect) und die Überwachung der Datenintegrität während der Übertragung werden vorgestellt. Der Hauptnachteil der IDE ist die geringe Anzahl angeschlossener Geräte (nicht mehr als 4), was für einen High-End-PC eindeutig nicht ausreicht.
Heute sind IDE-Schnittstellen auf die neuen Ultra-ATA-Austauschprotokolle umgestiegen. Erhöhen Sie Ihren Durchsatz deutlich
Modus 4 und DMA (Direct Memory Access) Modus 2 ermöglichen eine Datenübertragung mit einer Geschwindigkeit von 16,6 MB/s, die tatsächliche Datenübertragungsgeschwindigkeit wäre jedoch deutlich niedriger.
Standards Ultra DMA/33 und Ultra DMA/66, entwickelt im Februar 1998. von Quantum verfügen über 3 Betriebsmodi 0,1,2 bzw. 4, wobei der zweite Modus vom Träger unterstützt wird
Übertragungsgeschwindigkeit 33 Mbit/s. (Ultra DMA/33 Modus 2) Um sicherzustellen, dass eine so hohe Geschwindigkeit nur beim Austausch mit dem Laufwerkspuffer erreicht werden kann. Um es auszunutzen
Ultra-DMA-Standards erfordern, dass zwei Bedingungen erfüllt sind:

1. Hardware-Unterstützung auf dem Motherboard (Chipsatz) und auf dem Laufwerk selbst.

2. Unterstützung des Ultra-DMA-Modus, wie bei anderen DMA-Modellen (Direct Memory Access).

Erfordert einen speziellen Treiber für verschiedene Sets verschiedene Mikroschaltungen. In der Regel liegen sie dem Motherboard bei und können bei Bedarf „heruntergeladen“ werden.
aus dem Internet von der Website des Motherboard-Herstellers.

Der Ultra DMA-Standard ist abwärtskompatibel mit früheren Controllern, die in einer langsameren Version betrieben werden.
Heutige Version: Ultra DMA/100 (Ende 2000) und Ultra DMA/133 (2001).

SATA
Ersatz-IDE (ATA), keine andere High-Speed-Serial-Bus-Fireware (IEEE-1394). Anwendung neue Technologie ermöglicht es Ihnen, die Übertragungsgeschwindigkeit auf 100 Mbit/s zu erhöhen,
Die Zuverlässigkeit des Systems wird erhöht, dadurch können Sie Geräte installieren, ohne den PC einzuschalten, was bei der ATA-Schnittstelle strengstens verboten ist.

SCSI (Small Computer System Interface)— Geräte sind doppelt so teuer wie herkömmliche Geräte und erfordern einen speziellen Controller auf dem Motherboard.
Wird für Server, Veröffentlichungssysteme und CAD verwendet. Bieten Sie eine höhere Leistung (Geschwindigkeit bis zu 160 Mbit/s) und eine große Auswahl an angeschlossenen Speichergeräten.
Der SCSI-Controller muss zusammen mit der entsprechenden Festplatte erworben werden.

SCSI hat gegenüber IDE einen Vorteil – Flexibilität und Leistung.
Die Flexibilität liegt in der großen Anzahl angeschlossener Geräte (7–15) und für IDE (maximal 4) in einer längeren Kabellänge.
Leistung – hohe Übertragungsgeschwindigkeit und die Möglichkeit, mehrere Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten.

1. Ultra Sсsi 2/3 (Fast-20) bis zu 40 Mbit/s 16-Bit-Version Ultra2 – SCSI-Standard bis zu 80 Mbit/s

2. Eine weitere SCSI-Schnittstellentechnologie namens Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) ermöglicht den Anschluss von bis zu 100 Mbit/s bei einer Kabellänge von bis zu 30 Metern. Die FC-AL-Technologie ermöglicht „heiße“ Verbindungen, d. h. unterwegs, verfügt über zusätzliche Leitungen zur Überwachung und Fehlerkorrektur (die Technologie ist teurer als normales SCSI).

4. Weitere Merkmale moderner Festplatten

Die große Vielfalt an Festplattenmodellen macht es schwierig, die richtige Wahl zu treffen.
Neben der benötigten Kapazität ist auch die Leistung sehr wichtig, die vor allem von den physikalischen Eigenschaften bestimmt wird.
Zu diesen Merkmalen gehören die durchschnittliche Suchzeit, die Rotationsgeschwindigkeit, die interne und externe Übertragungsgeschwindigkeit sowie die Größe des Cache-Speichers.

4.1 Durchschnittliche Suchzeit.

Die Festplatte benötigt einige Zeit, um den Magnetkopf von seiner aktuellen Position in die neue Position zu bewegen, die zum Lesen der nächsten Informationen erforderlich ist.
In jeder spezifischen Situation ist diese Zeit unterschiedlich, abhängig von der Entfernung, die der Kopf zurücklegen muss. Typischerweise liefern Spezifikationen nur gemittelte Werte und die von verschiedenen Unternehmen verwendeten Mittelungsalgorithmen unterscheiden sich im Allgemeinen, sodass ein direkter Vergleich schwierig ist.

So nutzen Fujitsu- und Western Digital-Unternehmen alle möglichen Spurpaare; Maxtor- und Quantum-Unternehmen verwenden das Direktzugriffsverfahren. Das resultierende Ergebnis kann weiter angepasst werden.

Die Suchzeit beim Schreiben ist oft etwas höher als beim Lesen. Einige Hersteller geben in ihren Spezifikationen nur den niedrigeren Wert (zum Ablesen) an. In jedem Fall ist es sinnvoll, zusätzlich zu den Durchschnittswerten auch das Maximum (über die gesamte Festplatte) zu berücksichtigen.
und minimale (d. h. Spur-zu-Spur) Suchzeit.

4.2 Rotationsgeschwindigkeit

Unter dem Gesichtspunkt der Zugriffsgeschwindigkeit auf das gewünschte Fragment der Aufzeichnung beeinflusst die Rotationsgeschwindigkeit die sogenannte Latenzzeit, die erforderlich ist, damit sich die Platte mit dem gewünschten Sektor zum Magnetkopf dreht.

Der Durchschnittswert dieser Zeit entspricht einer halben Plattenumdrehung und beträgt 8,33 ms bei 3600 U/min, 6,67 ms bei 4500 U/min, 5,56 ms bei 5400 U/min, 4,17 ms bei 7200 U/min.

Der Wert der Latenzzeit ist mit der durchschnittlichen Suchzeit vergleichbar und kann daher in einigen Modi den gleichen, wenn nicht sogar größeren Einfluss auf die Leistung haben.

4.3 Interne Baudrate

– die Geschwindigkeit, mit der Daten auf die Festplatte geschrieben oder von ihr gelesen werden. Aufgrund der Zonenaufzeichnung hat er einen variablen Wert – höher auf den äußeren Spuren und niedriger auf den inneren.
Bei der Arbeit mit langen Dateien begrenzt dieser Parameter in vielen Fällen die Übertragungsgeschwindigkeit.

4.4 Externe Baudrate

— Geschwindigkeit (Spitze), mit der Daten über die Schnittstelle übertragen werden.

Es hängt vom Schnittstellentyp ab und hat meist feste Werte: 8,3; 11.1; 16,7 MBit/s für Enhanced IDE (PIO-Modus 2, 3, 4); 33,3 66,6 100 für Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Mbit/s für synchrones SCSI, Fast SCSI-2 bzw. FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 Bit).

4.5 Ob die Festplatte über einen eigenen Cache-Speicher und dessen Volumen (Festplattenpuffer) verfügt.

Die Größe und Organisation des Cache-Speichers (interner Puffer) kann die Leistung der Festplatte erheblich beeinflussen. Dasselbe wie beim regulären Cache-Speicher,
Ab einem bestimmten Volumen verlangsamt sich das Produktivitätswachstum stark.

Segmentierter Cache-Speicher mit großer Kapazität ist für Hochleistungs-SCSI-Laufwerke relevant, die in Multitasking-Umgebungen verwendet werden. Je größer der Cache, desto schneller arbeitet die Festplatte (128-256 KB).

Der Einfluss jedes Parameters auf die Gesamtleistung ist ziemlich schwer zu isolieren.

Anforderungen an die Festplatte

Die Hauptanforderung an Festplatten ist die Betriebssicherheit, die durch eine lange Lebensdauer der Komponenten von 5 bis 7 Jahren gewährleistet wird. gute statistische Indikatoren, nämlich:

• mittlere Zeit zwischen Ausfällen von mindestens 500.000 Stunden (höchste Klasse 1 Million Stunden oder mehr).
• Integriertes aktives Überwachungssystem für den Zustand von Festplattenknoten SMART/Selbstüberwachungsanalyse- und Berichtstechnologie.

Technologie SCHLAU. (Selbstüberwachende Analysierungs-und Meldetechnik) ist ein offener Industriestandard, der einst von Compaq, IBM und einer Reihe anderer Festplattenhersteller entwickelt wurde.

Der Sinn dieser Technologie ist die interne Selbstdiagnose der Festplatte, die es Ihnen ermöglicht, ihren aktuellen Zustand zu beurteilen und Sie über mögliche zukünftige Probleme zu informieren, die zu Datenverlust oder Ausfall der Festplatte führen könnten.

Der Zustand aller lebenswichtigen Scheibenelemente wird ständig überwacht:
Köpfe, Arbeitsflächen, Elektromotor mit Spindel, Elektronikeinheit. Wenn beispielsweise eine Schwächung des Signals erkannt wird, werden die Informationen neu geschrieben und es erfolgt eine weitere Beobachtung.
Wenn das Signal wieder schwächer wird, werden die Daten an einen anderen Ort übertragen, der angegebene Cluster wird als defekt und nicht verfügbar eingestuft und an seiner Stelle wird ein anderer Cluster aus der Festplattenreserve verfügbar gemacht.

Wenn Sie mit einer Festplatte arbeiten, müssen Sie die Temperaturbedingungen einhalten, unter denen die Festplatte betrieben wird. Hersteller garantieren einen störungsfreien Betrieb der Festplatte bei Umgebungstemperaturen von 0 °C bis 50 °C, grundsätzlich können Sie die Grenzwerte jedoch ohne schwerwiegende Folgen um mindestens 10 Grad in beide Richtungen ändern.
Bei großen Temperaturschwankungen kann es sein, dass sich keine Luftschicht in der erforderlichen Dicke bildet, was zu einer Beschädigung der Magnetschicht führt.

Im Allgemeinen legen Festplattenhersteller großen Wert auf die Zuverlässigkeit ihrer Produkte.

Das Hauptproblem besteht darin, dass Fremdkörper in die Scheibe gelangen.

Zum Vergleich: Ein Tabakrauchpartikel hat den doppelten Abstand zwischen Oberfläche und Kopf, die Dicke eines menschlichen Haares ist 5-10 mal größer.
Für den Kopf führt die Begegnung mit solchen Gegenständen zu einem starken Schlag und in der Folge zu einer teilweisen Beschädigung oder einem völligen Ausfall.
Äußerlich macht sich dies durch das Auftreten einer Vielzahl regelmäßig angeordneter, nicht nutzbarer Cluster bemerkbar.

Gefährlich sind kurzzeitig große Beschleunigungen (Überlastungen), die bei Stößen, Stürzen etc. auftreten. Beispielsweise trifft der Kopf bei einem Aufprall scharf auf den Magneten
Schicht und verursacht deren Zerstörung an der entsprechenden Stelle. Oder umgekehrt bewegt es sich zunächst in die entgegengesetzte Richtung und schlägt dann unter dem Einfluss der elastischen Kraft wie eine Feder auf die Oberfläche auf.
Dadurch gelangen Partikel der magnetischen Beschichtung in das Gehäuse, die wiederum den Kopf beschädigen können.

Sie sollten nicht glauben, dass sie unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft von der Scheibe – der Magnetschicht – wegfliegen
wird sie fest zu dir ziehen. Im Prinzip sind die schrecklichen Folgen nicht der Aufprall selbst (man kann sich irgendwie mit dem Verlust einer bestimmten Anzahl von Clustern abfinden), sondern die Tatsache, dass sich Partikel bilden, die mit Sicherheit weitere Schäden an der Scheibe verursachen werden.

Um solche sehr unangenehmen Fälle zu verhindern, greifen verschiedene Unternehmen zu allerlei Tricks. Neben der reinen Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Plattenkomponenten kommt auch die intelligente S.M.A.R.T.-Technologie zum Einsatz, die die Zuverlässigkeit der Aufzeichnung und die Sicherheit der Daten auf den Medien überwacht (siehe oben).

Tatsächlich ist die Festplatte nicht immer auf ihre volle Kapazität formatiert; Dies liegt vor allem daran, dass es nahezu unmöglich ist, einen Träger herzustellen
auf dem absolut die gesamte Oberfläche von hoher Qualität wäre, wird es auf jeden Fall schlechte Cluster (Ausfälle) geben. Wenn eine Festplatte auf niedriger Ebene formatiert wird, ist ihre Elektronik so konfiguriert
Dadurch werden diese fehlerhaften Bereiche umgangen und es ist für den Benutzer völlig unsichtbar, dass das Medium einen Defekt aufweist. Wenn sie jedoch sichtbar sind (z. B. nach der Formatierung).
Wenn das Dienstprogramm ihre Zahl ungleich Null anzeigt), ist dies bereits sehr schlecht.

Wenn die Garantie noch nicht abgelaufen ist (und meiner Meinung nach ist es am besten, eine Festplatte mit Garantie zu kaufen), dann bringen Sie die Festplatte sofort zum Verkäufer und verlangen Sie einen Austausch des Datenträgers oder eine Rückerstattung.
Der Verkäufer wird natürlich sofort sagen, dass ein paar fehlerhafte Stellen keinen Grund zur Sorge darstellen, aber glauben Sie ihm nicht. Wie bereits erwähnt, wird dieses Paar höchstwahrscheinlich noch viele weitere verursachen, und in der Folge ist ein kompletter Ausfall der Festplatte möglich.

Eine funktionsfähige Festplatte ist besonders anfällig für Beschädigungen. Sie sollten den Computer daher nicht an einem Ort aufstellen, an dem er verschiedenen Stößen, Vibrationen usw. ausgesetzt sein kann.

Vorbereiten der Festplatte für die Arbeit

Fangen wir ganz von vorne an. Nehmen wir an, Sie haben eine Festplatte und ein Kabel dafür separat vom Computer gekauft.
(Tatsache ist, dass Sie beim Kauf eines zusammengebauten Computers eine gebrauchsfertige Diskette erhalten.)

Ein paar Worte zum Umgang damit. Eine Festplatte ist ein sehr komplexes Produkt, das neben der Elektronik auch Präzisionsmechanik enthält.
Daher ist eine sorgfältige Handhabung erforderlich – Stöße, Stürze und starke Vibrationen können den mechanischen Teil beschädigen. In der Regel enthält die Antriebsplatine viele kleine Elemente und ist nicht mit haltbaren Abdeckungen abgedeckt. Aus diesem Grund sollte auf die Sicherheit geachtet werden.
Das erste, was Sie tun sollten, wenn Sie eine Festplatte erhalten, ist, die mitgelieferte Dokumentation zu lesen – sie wird wahrscheinlich viele nützliche Informationen enthalten. interessante Information. In diesem Fall sollten Sie auf folgende Punkte achten:

• das Vorhandensein und die Optionen zum Setzen von Jumpern, die die Einstellungen (Installation) der Festplatte bestimmen, beispielsweise die Bestimmung eines Parameters wie des physischen Namens der Festplatte (sie können vorhanden sein, aber möglicherweise nicht),
• Anzahl der Köpfe, Zylinder, Sektoren auf Festplatten, Vorkompensationsstufe und Festplattentyp. Sie müssen diese Informationen eingeben, wenn Sie vom Computer-Setup-Programm dazu aufgefordert werden.
  Alle diese Informationen werden zum Formatieren der Festplatte und zum Vorbereiten der Maschine für die Arbeit damit benötigt.
• Wenn der PC selbst die Parameter Ihrer Festplatte nicht erkennt, besteht das größere Problem darin, ein Laufwerk zu installieren, für das es keine Dokumentation gibt.
  Auf den meisten Festplatten finden Sie Etiketten mit dem Namen des Herstellers, dem Typ (der Marke) des Geräts sowie einer Tabelle mit Titeln, die nicht verwendet werden dürfen.
  Darüber hinaus kann das Laufwerk Informationen über die Anzahl der Köpfe, Zylinder und Sektoren sowie den Grad der Vorkompensation enthalten.

Fairerweise muss man sagen, dass oft nur der Titel auf der Disc steht. Aber auch in diesem Fall finden Sie die benötigten Informationen entweder im Nachschlagewerk,
oder indem Sie die Repräsentanz des Unternehmens anrufen. Es ist wichtig, Antworten auf drei Fragen zu bekommen:

• Wie müssen die Jumper eingestellt werden, um das Laufwerk als Master/Slave zu verwenden?
• Wie viele Zylinder und Köpfe gibt es auf der Platte, wie viele Sektoren pro Spur, wie hoch ist der Vorkompensationswert?
• Welcher der im ROM-BIOS aufgezeichneten Festplattentypen passt am besten zu diesem Laufwerk?

Mit diesen Informationen können Sie mit der Installation der Festplatte fortfahren.

Gehen Sie wie folgt vor, um eine Festplatte in Ihrem Computer zu installieren:

1. Trennen Sie die gesamte Systemeinheit vom Strom und entfernen Sie die Abdeckung.
2. Verbinden Sie das Festplattenkabel mit dem Motherboard-Controller. Wenn Sie eine zweite Festplatte installieren, können Sie das Kabel der ersten Festplatte verwenden, wenn diese über einen zusätzlichen Anschluss verfügt. Beachten Sie jedoch, dass die Betriebsgeschwindigkeit verschiedener Festplatten mit der langsameren Seite verglichen wird.
3. Ändern Sie bei Bedarf die Jumper entsprechend der Art und Weise, wie Sie die Festplatte verwenden.
4. Installieren Sie das Laufwerk an einem freien Platz und verbinden Sie das Kabel vom Controller auf der Platine mit dem Festplattenanschluss mit dem roten Streifen zum Netzteil, Netzteilkabel.
5. Befestigen Sie die Festplatte sicher mit vier Schrauben auf beiden Seiten. Ordnen Sie die Kabel im Inneren des Computers so an, dass Sie sie beim Schließen der Abdeckung nicht durchschneiden.
6. Schließen Sie die Systemeinheit.
7. Wenn der PC selbst die Festplatte nicht erkennt, dann ändern Sie die Computerkonfiguration über Setup, damit der Computer weiß, dass ihm ein neues Gerät hinzugefügt wurde.

Festplattenhersteller

Festplatten gleicher Kapazität (jedoch von unterschiedlichen Herstellern) weisen in der Regel mehr oder weniger ähnliche Eigenschaften auf und die Unterschiede äußern sich hauptsächlich im Gehäusedesign, im Formfaktor (also in den Abmessungen) und in der Garantiezeit. Letzteres ist außerdem besonders hervorzuheben: Die Kosten für Informationen auf einer modernen Festplatte sind oft um ein Vielfaches höher als der Eigenpreis.

Wenn Ihre Festplatte Probleme hat, bedeutet der Versuch, sie zu reparieren, oft nur, dass Ihre Daten einem zusätzlichen Risiko ausgesetzt werden.
Eine viel sinnvollere Möglichkeit besteht darin, das defekte Gerät durch ein neues zu ersetzen.
Der Löwenanteil der Festplatten auf dem russischen (und nicht nur) Markt besteht aus Produkten von IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

der Name des Herstellers, der diesen Antriebstyp herstellt,

Konzern Quantum (www.quantum.com.) Das 1980 gegründete Unternehmen ist einer der Veteranen auf dem Festplattenmarkt. Das Unternehmen ist bekannt für seine innovativen technischen Lösungen, die darauf abzielen, die Zuverlässigkeit und Leistung von Festplatten, die Datenzugriffszeit auf der Festplatte und die Lese-/Schreibgeschwindigkeit auf der Festplatte zu verbessern sowie über mögliche zukünftige Probleme zu informieren, die zu Datenverlust führen könnten oder Festplattenfehler.

- Einer der Marken Quantentechnologien ist SPS (Shock Protection System), das die Disc vor Stößen schützt.

- integriertes DPS-Programm (Data Protection System), das darauf ausgelegt ist, das Wertvollste zu schützen – die darauf gespeicherten Daten.

Konzern Western Digital (www.wdс.com.) Als einer der ältesten Hersteller von Festplattenlaufwerken hat das Unternehmen in seiner Geschichte Höhen und Tiefen erlebt.
Unternehmen für in letzter Zeit war in der Lage, die neuesten Technologien in seine Festplatten einzuführen. Unter ihnen ist unsere eigene Entwicklung erwähnenswert – die Data Lifeguard-Technologie weitere Entwicklung S.M.A.R.T-Systeme Es wird versucht, die Kette logisch zu vervollständigen.

Bei dieser Technologie wird die Festplattenoberfläche regelmäßig in Zeiten gescannt, in denen sie vom System nicht genutzt wird. Dadurch werden die Daten gelesen und auf ihre Integrität überprüft. Sollten beim Zugriff auf einen Sektor Probleme festgestellt werden, werden die Daten in einen anderen Sektor übertragen.
Informationen über fehlerhafte Sektoren werden in eine interne Fehlerliste eingegeben, wodurch künftige Einträge in fehlerhafte Sektoren vermieden werden.

Firma Seagate (www.seagate.com) sehr berühmt in unserem Markt. Ich empfehle übrigens Festplatten dieser Firma, da sie sehr zuverlässig und langlebig sind.

1998 machte sie erneut auf sich aufmerksam, indem sie eine Reihe von Medalist Pro-CDs veröffentlichte
mit einer Drehzahl von 7200 U/min, wobei hierfür spezielle Lager verwendet werden. Bisher wurde diese Geschwindigkeit nur bei Laufwerken mit SCSI-Schnittstelle verwendet, was eine Leistungssteigerung ermöglichte. Die gleiche Serie nutzt die SeaShield-System-Technologie, die den Schutz der Festplatte und der darauf gespeicherten Daten vor dem Einfluss von Elektrostatik und Stößen verbessern soll. Gleichzeitig wird auch die Wirkung elektromagnetischer Strahlung reduziert.

Alle hergestellten Discs unterstützen die S.M.A.R.T-Technologie.
Zu den neuen Festplatten von Seagate gehört eine verbesserte Version des SeaShield-Systems mit mehr Funktionen.
Es ist bezeichnend, dass Seagate die branchenweit höchste Stoßfestigkeit der aktualisierten Serie angekündigt hat – 300G bei Nichtgebrauch.

Firma IBM (www. storage.ibm.com) Obwohl das Unternehmen bis vor Kurzem kein bedeutender Anbieter auf dem russischen Festplattenmarkt war, konnte es sich dank seiner schnellen und zuverlässigen Festplatten schnell einen guten Ruf erarbeiten.

Firma Fujitsu (www.fujitsu.com) ist ein großer und erfahrener Hersteller nicht nur magnetischer, sondern auch optischer und magnetooptischer Laufwerke.
Zwar ist das Unternehmen keineswegs führend auf dem Markt für Festplatten mit IDE-Schnittstelle: Es kontrolliert (verschiedenen Studien zufolge) etwa 4 % dieses Marktes und sein Hauptinteresse liegt im Bereich der SCSI-Geräte.

Terminologisches Wörterbuch

Da einige Antriebselemente, die für den Betrieb eine wichtige Rolle spielen, oft als abstrakte Konzepte betrachtet werden, werden im Folgenden die wichtigsten Begriffe erläutert.

Zugriffszeit– Die Zeitspanne, die eine Festplatte benötigt, um nach Daten zu suchen und diese in den bzw. aus dem Speicher zu übertragen.
Die Leistung von Festplattenlaufwerken wird oft durch die Zugriffszeit (Abrufzeit) bestimmt.

Cluster– die kleinste Speicherplatzeinheit, mit der das Betriebssystem in der Dateispeicherorttabelle arbeitet. Typischerweise besteht ein Cluster aus 2-4-8 oder mehr Sektoren.
Die Anzahl der Sektoren hängt vom Festplattentyp ab. Die Suche nach Clustern anstelle einzelner Sektoren reduziert die Zeitkosten des Betriebssystems. Große Cluster sorgen für eine schnellere Leistung
Laufwerk, da die Anzahl der Cluster in diesem Fall kleiner ist, der Speicherplatz (Speicherplatz) auf der Festplatte jedoch schlechter genutzt wird, da viele Dateien möglicherweise kleiner als der Cluster sind und die verbleibenden Bytes des Clusters nicht verwendet werden.

Controller (Controller)- Schaltkreis, der sich normalerweise auf einer Erweiterungskarte befindet und den Betrieb des Festplattenlaufwerks steuert, einschließlich der Bewegung des Kopfes sowie des Lesens und Schreibens von Daten.

Zylinder- einander gegenüberliegende Spuren auf allen Seiten aller Scheiben.

Antriebskopf- ein Mechanismus, der sich entlang der Oberfläche der Festplatte bewegt und elektromagnetisches Aufzeichnen oder Lesen von Daten ermöglicht.

Dateizuordnungstabelle (FAT)– ein vom Betriebssystem generierter Datensatz, der die Platzierung jeder Datei auf der Festplatte sowie die verwendeten Sektoren und die zum Schreiben neuer Daten darauf freien Sektoren verfolgt.

Kopflücke— der Abstand zwischen dem Laufwerkskopf und der Plattenoberfläche.

Verschachteln– die Beziehung zwischen der Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte und der Organisation der Sektoren auf der Festplatte. Normalerweise übersteigt die Rotationsgeschwindigkeit der Festplatte die Fähigkeit des Computers, Daten von der Festplatte zu empfangen. Wenn der Controller die Daten liest, hat der nächste sequentielle Sektor bereits den Kopf passiert. Daher werden Daten über einen oder zwei Sektoren auf die Festplatte geschrieben. Wenn Sie beim Formatieren einer Festplatte eine spezielle Software verwenden, können Sie die Striping-Reihenfolge ändern.

Logisches Laufwerk- bestimmte Teile der Arbeitsfläche der Festplatte, die als separate Laufwerke betrachtet werden.
Einige logische Laufwerke können für andere Betriebssysteme wie UNIX verwendet werden.

Parken- Bewegen der Laufwerksköpfe an einen bestimmten Punkt und Fixieren dieser über ungenutzten Teilen der Festplatte, um Schäden zu minimieren, wenn das Laufwerk beim Auftreffen der Köpfe auf die Oberfläche der Festplatte erschüttert wird.

Partitionierung– Vorgang der Aufteilung einer Festplatte in logische Laufwerke. Alle Festplatten sind partitioniert, obwohl kleine Festplatten möglicherweise nur eine Partition haben.

Scheibe (Platte)- die mit magnetischem Material beschichtete Metallscheibe selbst, auf der Daten aufgezeichnet werden. Eine Festplatte verfügt normalerweise über mehr als eine Festplatte.

RLL (lauflängenbegrenzt)– ein Codierungsschema, das von einigen Controllern verwendet wird, um die Anzahl der Sektoren pro Spur zu erhöhen mehr Daten.

Sektor– Eine Plattenspurunterteilung, die die vom Laufwerk verwendete Grundeinheit der Größe darstellt. Betriebssystemsektoren enthalten normalerweise 512 Byte.

Positionierungszeit (Suchzeit)- die Zeit, die der Kopf benötigt, um sich von der Schiene, auf der er installiert ist, zu einer anderen gewünschten Schiene zu bewegen.

Schiene- konzentrische Teilung der Scheibe. Die Titel ähneln den Titeln einer Schallplatte. Im Gegensatz zu den Spuren auf einer Schallplatte, die eine kontinuierliche Spirale darstellen, sind die Spuren auf einer Disc kreisförmig. Die Spuren sind wiederum in Cluster und Sektoren unterteilt.

Suchzeit von Spur zu Spur— die Zeit, die der Antriebskopf benötigt, um sich auf die benachbarte Spur zu bewegen.

Übertragungsrate- die Informationsmenge, die pro Zeiteinheit zwischen der Festplatte und dem Computer übertragen wird. Darin ist auch die Zeit enthalten, die für die Suche nach einem Titel benötigt wird.

Festplatten, auch Festplatten genannt, gehören zu den wichtigsten Komponenten eines Computersystems. Jeder weiß davon. Aber nicht jeder moderne Benutzer hat überhaupt ein grundlegendes Verständnis dafür, wie eine Festplatte funktioniert. Das Funktionsprinzip ist im Allgemeinen für ein grundlegendes Verständnis recht einfach, es gibt jedoch einige Nuancen, die weiter unten besprochen werden.

Fragen zum Zweck und zur Klassifizierung von Festplatten?

Die Frage nach dem Zweck ist natürlich rhetorischer Natur. Jeder Benutzer, selbst der Einsteiger, wird sofort antworten, dass eine Festplatte (auch bekannt als Festplatte, auch als Festplatte oder HDD bezeichnet) sofort antwortet, dass sie zum Speichern von Informationen verwendet wird.

Im Allgemeinen ist dies wahr. Vergessen Sie nicht, dass auf der Festplatte neben dem Betriebssystem und den Benutzerdateien auch vom Betriebssystem erstellte Bootsektoren vorhanden sind, dank derer es startet, sowie bestimmte Etiketten, anhand derer Sie schnell die erforderlichen Informationen auf der Festplatte finden können Scheibe.

Moderne Modelle sind sehr unterschiedlich: normale Festplatten, externe Festplatten, Hochgeschwindigkeits-Solid-State-Laufwerke (SSDs), obwohl sie im Allgemeinen nicht als Festplatten klassifiziert werden. Als nächstes wird vorgeschlagen, den Aufbau und die Funktionsweise einer Festplatte, wenn nicht vollständig, so doch zumindest so zu betrachten, dass es ausreicht, die grundlegenden Begriffe und Prozesse zu verstehen.

Bitte beachten Sie, dass es auch eine spezielle Klassifizierung moderner Festplatten nach einigen grundlegenden Kriterien gibt, darunter die folgenden:

• Methode zum Speichern von Informationen;
• Medientyp;
• Art und Weise, den Zugang zu Informationen zu organisieren.

Warum wird eine Festplatte Festplatte genannt?

Heutzutage fragen sich viele Benutzer, warum sie Festplatten als Kleinwaffen bezeichnen. Es scheint, was könnten diese beiden Geräte gemeinsam haben?

Der Begriff selbst tauchte bereits 1973 auf, als die weltweit erste Festplatte auf den Markt kam, deren Design aus zwei separaten Fächern in einem versiegelten Behälter bestand. Die Kapazität jedes Fachs betrug 30 MB, weshalb die Ingenieure der Festplatte den Codenamen „30-30“ gaben, der ganz im Einklang mit der Marke der damals beliebten „30-30 Winchester“-Waffe stand. Zwar wurde dieser Name in den frühen 90er Jahren in Amerika und Europa fast nicht mehr verwendet, im postsowjetischen Raum ist er jedoch immer noch beliebt.

Der Aufbau und das Funktionsprinzip einer Festplatte

Aber wir schweifen ab. Das Funktionsprinzip einer Festplatte kann kurz als der Vorgang des Lesens oder Schreibens von Informationen beschrieben werden. Aber wie passiert das? Um das Funktionsprinzip einer magnetischen Festplatte zu verstehen, müssen Sie zunächst deren Funktionsweise untersuchen.

Die Festplatte selbst besteht aus einem Satz Platten, deren Anzahl zwischen vier und neun liegen kann und die durch eine Welle (Achse), die Spindel genannt wird, miteinander verbunden sind. Die Platten liegen übereinander. Die Materialien für ihre Herstellung sind meist Aluminium, Messing, Keramik, Glas usw. Die Platten selbst haben eine spezielle magnetische Beschichtung in Form eines Materials namens Platte, das auf Gammaferritoxid, Chromoxid, Bariumferrit usw. basiert. Jede dieser Platten ist etwa 2 mm dick.

Radialköpfe (einer für jede Platte) sind für das Schreiben und Lesen von Informationen verantwortlich, und beide Oberflächen werden in den Platten verwendet. Die Drehzahl kann zwischen 3600 und 7200 U/min liegen, für die Bewegung der Köpfe sind zwei Elektromotoren zuständig.

In diesem Fall besteht das Grundprinzip der Funktionsweise einer Computerfestplatte darin, dass Informationen nicht irgendwo aufgezeichnet werden, sondern an genau definierten Orten, sogenannten Sektoren, die sich auf konzentrischen Pfaden oder Spuren befinden. Um Verwirrung zu vermeiden, gelten einheitliche Regeln. Dies bedeutet, dass die Funktionsprinzipien von Festplatten hinsichtlich ihrer logischen Struktur universell sind. Beispielsweise beträgt die Größe eines Sektors, der weltweit als einheitlicher Standard gilt, 512 Byte. Sektoren werden wiederum in Cluster unterteilt, bei denen es sich um Abfolgen benachbarter Sektoren handelt. Und die Besonderheiten des Funktionsprinzips einer Festplatte bestehen in diesem Zusammenhang darin, dass der Informationsaustausch durch ganze Cluster (eine ganze Anzahl von Sektorketten) erfolgt.

Aber wie geschieht das Lesen von Informationen? Die Funktionsprinzipien eines Festplattenlaufwerks für Festplatten sind wie folgt: Mithilfe einer speziellen Halterung wird der Lesekopf in radialer Richtung (Spiralrichtung) zur gewünschten Spur bewegt und beim Drehen über einem bestimmten Sektor und allen Köpfen positioniert kann sich gleichzeitig bewegen und die gleichen Informationen nicht nur von verschiedenen Spuren, sondern auch von verschiedenen Festplatten (Platten) lesen. Alle Gleise mit den gleichen Seriennummern werden üblicherweise als Zylinder bezeichnet.

In diesem Fall lässt sich ein weiteres Funktionsprinzip der Festplatte erkennen: Je näher der Lesekopf an der magnetischen Oberfläche ist (diese aber nicht berührt), desto höher ist die Aufzeichnungsdichte.

Wie werden Informationen geschrieben und gelesen?

Festplatten oder Festplatten wurden magnetisch genannt, weil sie die von Faraday und Maxwell formulierten Gesetze der Physik des Magnetismus nutzen.

Wie bereits erwähnt, sind Platten aus nicht magnetisch empfindlichem Material mit einer magnetischen Beschichtung versehen, deren Dicke nur wenige Mikrometer beträgt. Im Betrieb entsteht ein Magnetfeld, das eine sogenannte Domänenstruktur aufweist.

Eine magnetische Domäne ist ein magnetisierter Bereich einer Ferrolegierung, der streng durch Grenzen begrenzt ist. Darüber hinaus lässt sich das Funktionsprinzip einer Festplatte kurz wie folgt beschreiben: Wenn sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, beginnt sich das eigene Feld der Festplatte streng entlang der magnetischen Linien auszurichten, und wenn der Einfluss aufhört, treten Zonen mit Restmagnetisierung auf auf den Datenträgern, in denen die Informationen gespeichert sind, die zuvor im Hauptfeld enthalten waren.

Der Lesekopf ist für die Erzeugung eines externen Feldes beim Schreiben verantwortlich, und beim Lesen erzeugt die dem Kopf gegenüberliegende Zone der Restmagnetisierung eine elektromotorische Kraft oder EMF. Außerdem ist alles einfach: Eine Änderung der EMF entspricht eins im Binärcode, und ihre Abwesenheit oder Beendigung entspricht Null. Der Zeitpunkt der EMF-Änderung wird üblicherweise als Bitelement bezeichnet.

Darüber hinaus kann die magnetische Oberfläche rein aus informatischen Überlegungen als eine bestimmte Punktfolge von Informationsbits zugeordnet werden. Da die Position solcher Punkte jedoch nicht absolut genau berechnet werden kann, müssen Sie auf der Festplatte einige vorab festgelegte Markierungen anbringen, die bei der Bestimmung der gewünschten Position helfen. Das Erstellen solcher Markierungen nennt man Formatieren (grob gesagt das Aufteilen der Festplatte in Spuren und Sektoren, die zu Clustern zusammengefasst sind).

Logischer Aufbau und Funktionsprinzip einer Festplatte im Hinblick auf die Formatierung

Was die logische Organisation der Festplatte betrifft, steht hier die Formatierung an erster Stelle, wobei zwei Haupttypen unterschieden werden: Low-Level (physisch) und High-Level (logisch). Ohne diese Schritte ist es nicht möglich, die Festplatte in einen funktionsfähigen Zustand zu versetzen. Wie Sie eine neue Festplatte initialisieren, wird separat erläutert.

Bei der Low-Level-Formatierung wird die Oberfläche der Festplatte physisch beeinflusst, wodurch Sektoren entstehen, die sich entlang der Spuren befinden. Es ist merkwürdig, dass das Funktionsprinzip einer Festplatte so ist, dass jeder erstellte Sektor eine eigene eindeutige Adresse hat, die die Nummer des Sektors selbst, die Nummer der Spur, auf der er sich befindet, und die Nummer der Seite umfasst der Platte. Bei der Organisation des Direktzugriffs greift also derselbe RAM direkt auf eine bestimmte Adresse zu, anstatt auf der gesamten Oberfläche nach den erforderlichen Informationen zu suchen, wodurch Leistung erreicht wird (obwohl dies nicht das Wichtigste ist). Bitte beachten Sie, dass bei der Low-Level-Formatierung absolut alle Informationen gelöscht werden und in den meisten Fällen nicht wiederhergestellt werden können.

Eine andere Sache ist die logische Formatierung (in Windows-Systemen ist dies die Schnellformatierung oder Schnellformatierung). Darüber hinaus sind diese Prozesse auch auf die Erstellung logischer Partitionen anwendbar, bei denen es sich um einen bestimmten Bereich der Hauptfestplatte handelt, die nach den gleichen Prinzipien funktionieren.

Die logische Formatierung betrifft hauptsächlich den Systembereich, der aus den Bootsektor- und Partitionstabellen (Boot-Record), der Dateizuordnungstabelle (FAT, NTFS usw.) und dem Stammverzeichnis (Root Directory) besteht.

Informationen werden über den Cluster in mehreren Teilen in Sektoren geschrieben, und ein Cluster kann nicht zwei identische Objekte (Dateien) enthalten. Tatsächlich trennt die Erstellung einer logischen Partition diese sozusagen von der Hauptsystempartition, wodurch die darauf gespeicherten Informationen bei Fehlern und Ausfällen nicht geändert oder gelöscht werden können.

Hauptmerkmale der Festplatte

Es scheint, dass das Funktionsprinzip einer Festplatte im Allgemeinen etwas klar ist. Kommen wir nun zu den Hauptmerkmalen, die ein vollständiges Bild aller Fähigkeiten (oder Mängel) moderner Festplatten vermitteln.

Das Funktionsprinzip einer Festplatte und ihre wesentlichen Eigenschaften können völlig unterschiedlich sein. Um zu verstehen, was wir reden über Lassen Sie uns die grundlegendsten Parameter hervorheben, die alle derzeit bekannten Informationsspeichergeräte charakterisieren:

• Kapazität (Volumen);
• Leistung (Datenzugriffsgeschwindigkeit, Lese- und Schreibinformationen);
• Schnittstelle (Verbindungsmethode, Controller-Typ).

Die Kapazität stellt die Gesamtmenge an Informationen dar, die auf einer Festplatte geschrieben und gespeichert werden können. Die HDD-Produktionsbranche entwickelt sich so schnell, dass heute Festplatten mit Kapazitäten von etwa 2 TB und mehr im Einsatz sind. Und es wird angenommen, dass dies nicht die Grenze ist.

Die Schnittstelle ist das wichtigste Merkmal. Es bestimmt genau, wie das Gerät mit dem Motherboard verbunden ist, welcher Controller verwendet wird, wie Lesen und Schreiben erfolgen usw. Die wichtigsten und gebräuchlichsten Schnittstellen sind IDE, SATA und SCSI.

Festplatten mit IDE-Schnittstelle sind kostengünstig, aber zu den Hauptnachteilen zählen eine begrenzte Anzahl gleichzeitig angeschlossener Geräte (maximal vier) und niedrige Datenübertragungsgeschwindigkeiten (selbst wenn sie Ultra DMA-Direktspeicherzugriff oder Ultra ATA-Protokolle (Modus 2 und Modus 4) unterstützen). Obwohl davon ausgegangen wird, dass ihre Verwendung die Lese-/Schreibgeschwindigkeit auf 16 MB/s erhöht, ist die Geschwindigkeit in Wirklichkeit viel geringer. Darüber hinaus müssen Sie für die Verwendung des UDMA-Modus einen speziellen Treiber installieren, was theoretisch der Fall sein sollte komplett mit Mainboard geliefert werden.

Wenn wir über das Funktionsprinzip einer Festplatte und ihre Eigenschaften sprechen, können wir nicht außer Acht lassen, welches der Nachfolger der IDE-ATA-Version ist. Der Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass die Lese-/Schreibgeschwindigkeit durch die Verwendung des Hochgeschwindigkeits-Fireware-IEEE-1394-Busses auf 100 MB/s erhöht werden kann.

Schließlich ist die SCSI-Schnittstelle im Vergleich zu den beiden vorherigen die flexibelste und schnellste (Schreib-/Lesegeschwindigkeiten erreichen 160 MB/s und mehr). Aber solche Festplatten kosten fast das Doppelte. Die Anzahl der gleichzeitig angeschlossenen Informationsspeichergeräte liegt jedoch zwischen sieben und fünfzehn, die Verbindung kann ohne Ausschalten des Computers hergestellt werden und die Kabellänge kann etwa 15 bis 30 Meter betragen. Tatsächlich wird dieser Festplattentyp meist nicht in Benutzer-PCs, sondern auf Servern verwendet.

Die Leistung, die die Übertragungsgeschwindigkeit und den E/A-Durchsatz charakterisiert, wird normalerweise in Form der Übertragungszeit und der Menge der sequenziell übertragenen Daten ausgedrückt und in MB/s ausgedrückt.

Einige zusätzliche Optionen

Wenn wir darüber sprechen, was das Funktionsprinzip einer Festplatte ist und welche Parameter ihre Funktion beeinflussen, können wir einige zusätzliche Eigenschaften nicht außer Acht lassen, die sich auf die Leistung oder sogar die Lebensdauer des Geräts auswirken können.

Hier steht an erster Stelle die Rotationsgeschwindigkeit, die sich direkt auf die Zeit der Suche und Initialisierung (Erkennung) des gewünschten Sektors auswirkt. Dies ist die sogenannte latente Suchzeit – das Intervall, in dem sich der benötigte Sektor in Richtung Lesekopf dreht. Heutzutage wurden mehrere Standards für die Spindelgeschwindigkeit übernommen, ausgedrückt in Umdrehungen pro Minute mit einer Verzögerungszeit in Millisekunden:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Es ist leicht zu erkennen, dass je höher die Geschwindigkeit ist, desto weniger Zeit wird für die Suche nach Sektoren aufgewendet, und zwar physikalisch gesehen pro Umdrehung der Platte, bevor der Kopf auf den gewünschten Plattenpositionierungspunkt eingestellt wird.

Ein weiterer Parameter ist die interne Übertragungsgeschwindigkeit. Auf externen Gleisen ist sie minimal, nimmt jedoch mit einem allmählichen Übergang zu internen Gleisen zu. Somit ist derselbe Defragmentierungsprozess, bei dem häufig verwendete Daten in die schnellsten Bereiche der Festplatte verschoben werden, nichts anderes, als sie auf eine interne Spur mit einer höheren Lesegeschwindigkeit zu verschieben. Die externe Geschwindigkeit hat feste Werte und hängt direkt von der verwendeten Schnittstelle ab.

Schließlich hängt einer der wichtigen Punkte mit dem Vorhandensein eines eigenen Cache-Speichers oder Puffers der Festplatte zusammen. Tatsächlich ähnelt das Funktionsprinzip einer Festplatte hinsichtlich der Puffernutzung in gewisser Weise dem von RAM oder virtuellem Speicher. Je größer der Cache-Speicher (128-256 KB), desto schneller arbeitet die Festplatte.

Hauptanforderungen an die Festplatte

Es gibt in den meisten Fällen nicht so viele grundlegende Anforderungen, die an Festplatten gestellt werden. Hauptsache lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

Der Hauptstandard für die meisten Festplatten ist eine Lebensdauer von etwa 5 bis 7 Jahren bei einer Betriebszeit von mindestens fünfhunderttausend Stunden, bei High-End-Festplatten liegt dieser Wert jedoch bei mindestens einer Million Stunden.

Für die Zuverlässigkeit ist die S.M.A.R.T.-Selbsttestfunktion verantwortlich, die den Zustand einzelner Elemente der Festplatte überwacht und eine ständige Überwachung durchführt. Basierend auf den gesammelten Daten kann sogar eine bestimmte Prognose über das Auftreten möglicher Störungen in der Zukunft erstellt werden.

Es versteht sich von selbst, dass der Nutzer nicht abseits stehen sollte. So ist es beispielsweise beim Arbeiten mit einer Festplatte äußerst wichtig, das optimale Temperaturregime (0 - 50 ± 10 Grad Celsius) einzuhalten, Erschütterungen, Stöße und Stürze der Festplatte sowie das Eindringen von Staub oder anderen kleinen Partikeln zu vermeiden usw. Übrigens wird es für viele interessant sein zu wissen, dass die gleichen Tabakrauchpartikel etwa doppelt so groß sind wie der Abstand zwischen dem Lesekopf und der magnetischen Oberfläche der Festplatte und menschliches Haar - 5-10 Mal.

Initialisierungsprobleme im System beim Austausch einer Festplatte

Nun ein paar Worte dazu, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen, wenn der Benutzer aus irgendeinem Grund die Festplatte gewechselt oder eine zusätzliche installiert hat.

Wir werden diesen Prozess nicht vollständig beschreiben, sondern uns nur auf die Hauptphasen konzentrieren. Zuerst müssen Sie die Festplatte anschließen und in den BIOS-Einstellungen nachsehen, ob neue Hardware erkannt wurde, diese im Abschnitt Festplattenverwaltung initialisieren und einen Boot-Record erstellen, ein einfaches Volume erstellen, ihm eine Kennung (Buchstabe) zuweisen und Formatieren Sie es, indem Sie ein Dateisystem auswählen. Erst danach ist die neue „Schraube“ vollständig einsatzbereit.

Abschluss

Das ist eigentlich alles, was kurz gesagt die grundlegende Funktionsweise und Eigenschaften moderner Festplatten betrifft. Die Funktionsweise einer externen Festplatte wurde hier nicht grundsätzlich betrachtet, da sie sich praktisch nicht von der Funktionsweise stationärer Festplatten unterscheidet. Der einzige Unterschied besteht in der Art und Weise, wie das zusätzliche Laufwerk an einen Computer oder Laptop angeschlossen wird. Der gängigste Anschluss erfolgt über eine USB-Schnittstelle, die direkt mit dem Mainboard verbunden wird. Wenn Sie gleichzeitig maximale Leistung gewährleisten möchten, ist es natürlich besser, den USB 3.0-Standard zu verwenden (der Anschluss im Inneren ist blau eingefärbt), vorausgesetzt, die externe Festplatte selbst unterstützt ihn.

Ansonsten denke ich, dass viele Leute zumindest ein wenig verstanden haben, wie eine Festplatte jeglicher Art funktioniert. Möglicherweise wurden oben zu viele Themen aufgeführt, insbesondere auch aus einem Schulphysikkurs, ohne dies ist es jedoch nicht möglich, alle Grundprinzipien und Methoden der Technologien zur Herstellung und Verwendung von Festplatten vollständig zu verstehen.