ハードドライブ：動作原理と主な機能

ハードドライブ、またはハードドライブと呼ばれるものは、コンピュータシステムの最も重要なコンポーネントの1つです。 誰もがこれについて知っています。 しかし、現代のすべてのユーザーが原則としてハードディスクの機能を推測するわけではありません。 一般的に、基本的な理解のための仕事の原則は非常に単純ですが、今後さらに進展するニュアンスがあります。

ハードドライブの目的と分類に関する質問？

目的の問題は、もちろん、修辞的です。 すべてのユーザーは、最も基本的なレベルであっても、ハードドライブ（ハードディスクドライブ、つまりハードディスクドライブまたはHDD）が即座に情報を格納すると応答するとすぐに応答します。

一般に、それは本当です。 ハードディスク上には、オペレーティングシステムやユーザーファイルに加えて、OSが作成したブートセクタがあり、それが起動すると、ディスク上の情報をすばやく見つけることができるラベルがいくつかあることを忘れないでください。

現代のモデルは、従来のHDD、外付けハードドライブ、高速SSD SSDなど、非常に多様ですが、厳密にはハードディスクに分類されていません。 次に、ハードディスクのデバイスと原理を、全体ではないにしても、少なくとも基本的な用語とプロセスを理解するのに十分な方法で検討することが提案されています。

いくつかの基本的な基準に基づいて現代のHDDの特別な分類もあり、その中で以下を区別することができることに留意されたい：

• 情報記憶の方法;
• キャリアの種類。
• 情報へのアクセスを組織する方法。

なぜハードドライブはハードドライブと呼ばれていますか？

今日、多くのユーザーが、ハードドライブを小容量のハードドライブと呼ぶ理由を考えています。 これらの2つのデバイスの間に共通点があるように見えますか？

この用語自体は1973年に登場しました。その最初のHDDが市場に登場しました。そのデザインは、密閉された1つの容器に2つの別々のコンパートメントで構成されていました。 各コンパートメントの容量は30 MBでした。そのため、エンジニアはディスクにコードネーム「30-30」を与えました。このコードネームは、人気のある「30-30 Winchester」ショットガンのブランドと完全に調和していました。 しかし、90年代初期のアメリカとヨーロッパでは、この名前はほとんど使われていませんでしたが、ソビエト後のスペースでは依然として人気があります。

デバイスとハードディスクの原理

しかし、私たちは逃げる。 ハードディスクの動作原理は、情報を読み書きするプロセスとして簡単に説明することができます。 しかし、どうしたのでしょうか？ 磁気ハードディスクの原理を理解するためには、まずそれがどのように配置されているかを研究する必要があります。

ハードディスク自体は、スピンドルと呼ばれるシャフト（軸）によって接続されたプレートのセットであり、その数は4から9まで変化します。 プレートは上下に配置されます。 多くの場合、その製造材料はアルミニウム、真ちゅう、セラミック、ガラスなどである。プレート自体は、γ-フェライト酸化物、酸化クロム、バリウムフェライトなどをベースとしたプラッタと呼ばれる材料の形態の特殊な磁気コーティングを有する。このような各プレートは、約2mmの厚さを有する。

情報の記録および読み取りのために、ラジアルヘッド（各プレートに1つずつ）が応答し、両面がプレートに使用されます。 スピンドルの回転速度は3600〜7200rpmであり、ヘッドの動きは2つの電動機に対応する。

この場合、コンピュータのハードドライブの基本原則は、情報がどこにでも書き込まれるのではなく、同心円のトラックまたはトラックに配置されたセクタと呼ばれる厳密に定義された場所に書き込まれることです。 混乱を避けるため、統一ルールが適用されます。 論理構造に基づいてハードドライブの原則が普遍的であることを意味します。 たとえば、世界中の単一の規格で受け入れられる1つのセクタのサイズは、512バイトです。 次に、セクタはクラスタに分割され、クラスタは多数のセクタのシーケンスである。 この点でのハードディスク操作原理の特質は、情報交換がクラスタ全体（セクタチェーン全体の数）によって行われるということです。

しかし、どのように情報を読むのですか？ ハードディスクドライブの動作原理は、特別なブラケットを使用して、半径方向（ヘリカル）方向の読取りヘッドを所望のトラックに移動させ、位置決めされると、それは所与のセクタより上に位置し、すべてのヘッドを同時に動かし、 、しかしまた、異なるディスク（プレート）から。 同じ序数のトラックはすべてシリンダと呼ばれます。

ハードディスク動作のもう1つの原理は区別することができます。読み取りヘッドを磁気面に近づけても（しかし触れないで）、記録密度は高くなります。

情報はどのように記録され、読み込まれますか？

したがって、ハードドライブまたはハードドライブは磁気と呼ばれ、磁化の物理法則を使用し、ファラデーとマクスウェルを策定しました。

既に言及したように、厚さがほんの数マイクロメートルである非磁気感受性材料のプレートに磁気コーティングが施される。 仕事のプロセスでは、いわゆるドメイン構造を有する磁場が発生する。

磁区は、フェロアロイの磁化領域によって厳密に境界付けられている。 さらに、ハードディスクの動作原理は、外部磁界が発生すると、ディスクの適切な磁界が磁気線に沿って厳密に配向し始め、ディスク上での動作が終了すると、それ以前にグラウンド・フィールドに含まれていた情報。

外部磁場の生成のために、読取りヘッドは書込みを担当し、ヘッドの反対側の残留磁化のゾーンを読み取ると、起電力またはEMFが生成される。 さらにすべては単純です：EMFの変更はバイナリコードの1に対応し、その不在または終了はゼロです。 EMFを変更する時間はビット要素と呼ばれます。

さらに、磁性表面は、情報ビットのあるビットシーケンスとして、情報科学の理由として純粋に関連付けることができる。 しかし、そのような点の位置を正確に計算することはできないため、ディスクに予め定義されたマークをいくつかインストールする必要があり、それによって所望の場所を決定するのに役立つ。 このようなラベルを作成することをフォーマットといいます（おおまかに言えば、ディスクをトラックとクラスタにクラスタ化して分割する）。

フォーマットの観点からのハードディスクの論理構造と動作原理

HDDの論理的構成については、まず第一に、低レベル（物理）と高レベル（論理）の2つの主なタイプがあるフォーマットです。 これらの手順がなければ、ハードドライブを稼動状態にすることについて話す必要はありません。 新しいハードドライブを初期化する方法については、別途説明します。

低レベルの書式設定では、トラックに沿ってセクタが作成されるHDDの表面に物理的な影響があると想定されます。 奇妙なことに、ハードディスクの原理は、作成された各セクタにセクタ番号、セクタ番号、トラック番号、プレートのサイド番号などの固有のアドレスがあることです。 したがって、直接アクセスの構成では、同一のRAMが所与のアドレスから直接アクセスされ、スピードが達成されるために全表面上の必要な情報を検索しない（これは最も重要なことではないが）。 低レベルの書式設定を実行する場合、絶対にすべての情報が消去され、ほとんどの場合、回復の対象にはならないことに注意してください。

別の問題は、論理フォーマットです（Windowsシステムでは、これはクイックフォーマットまたはクイックフォーマットです）。 さらに、これらのプロセスは、同じ原理で動作するメイン・ハード・ディスクの特定の領域を表す論理パーティションの作成にも適用できます。

論理フォーマットは主に、ブートセクタとパーティションテーブル（ブートレコードブートレコード）、ファイルアロケーションテーブル（FAT、NTFSなど）、ルートディレクトリ（ルートディレクトリ）で構成されるシステム領域に影響します。

セクタへの情報の記録はクラスタを介していくつかの部分で行われ、2つの同一のオブジェクト（ファイル）を1つのクラスタに含めることはできません。 実際には、論理パーティションを作成すると、それをメインのシステムパーティションから切り離します。その結果、エラーや誤動作が発生したときにそのパーティションに格納されている情報が変更または削除されることはありません。

HDDの主な特徴

私は、一般的に言えば、ハードドライブの原則は少し理解できると思います。 次に、現代のハードドライブのすべての可能性（または不利な点）を完全に把握するための主要な特徴を説明します。

ハードディスクの動作原理と主な特性は全く異なる場合があります。 何が問題になっているのかを理解するために、すべての既知の情報記憶装置を特徴付ける最も基本的なパラメータを概説しましょう。

• 容量（容量）;
• 速度（データアクセス速度、読み書き情報）。
• インタフェース（接続方法、コントローラタイプ）。

容量は、ハードドライブに書き込んで保存できる情報の総量です。 HDDの製造業界は急速に発展しており、今日では約2TB以上の量のハードディスクドライブがすでに使用されている。 そして、これは限界ではないと信じられています。

インターフェイスは最も重要な特性です。 デバイスがマザーボードに接続する方法、使用するコントローラ、読み書き方法などを決定します。主なインターフェイスはIDE、SATA、SCSIです。

IDEインターフェイスを備えたディスクはあまり高価ではありませんが、主な欠点の1つは、同時に接続されたデバイス数（最大4）とデータ転送速度が低いことです（Ultra DMAメモリまたはUltra ATAプロトコル4）、16MB / sの読み書き速度を向上させると信じられていますが、実際には速度ははるかに低くなっています。さらに、UDMAモードを使用するには、 理論的には、マザーボードにバンドルする必要があります。

ハードドライブの性能と特性の原則について言えば、ATAのIDEバージョンの相続人であるSATAインターフェースを無視することはできません。 この技術の利点は、高速Fireware IEEE-1394バスを使用するため、読み取り/書き込み速度を最大100 Mb / sまで向上できることです。

最後に、SCSIインターフェースは前の2つに比べて最も柔軟で高速です（書き込み/読み取り速度は160 Mb / s以上に達します）。 しかし、これらのハードドライブでもほぼ2倍の高価です。 しかし、同時に接続される記憶装置の数は7から15であり、コンピュータの電源を切らずに接続することができ、ケーブルの長さは約15~30メートルにすることができる。 実際には、このタイプのHDDは、ほとんどがユーザPCではなくサーバ上で使用されています。

伝送速度およびI / O帯域幅を特徴付ける性能は、通常、伝送時間および伝送される伝送されるデータの量によって表され、Mb / sで表される。

いくつかの追加オプション

ハードディスクの原理とどのようなパラメータがその動作に影響を与えるかについては、デバイスの速度や寿命にも依存できるいくつかの追加特性を無視することは不可能です。

ここでは、最初に、所望のセクタの検索および初期化（認識）の時間に直接影響を及ぼす回転速度がある。 これは所謂潜在検索時間であり、所要のセクタが読取りヘッドに回転する間隔である。 今日、スピンドル回転速度にはいくつかの基準が採用されており、回転速度は1分あたりの遅延時間（ミリ秒）で表されます。

• 3600-8.33;
• 4500 - 6.67;
• 5400-5.56;
• 7200 - 4.17。

ディスクを回転させてプレートを位置決めするためのヘッドを設置する前に、スピードが速く、セクタの探索に費やされる時間が少なくて済み、物理的な観点から見ても分かりやすい。

もう1つのパラメータは内部転送レートです。 外部トラックでは最小限に抑えられますが、内部トラックに徐々に移行すると増加します。 したがって、頻繁に使用されるデータをディスクの最も速い領域に移動することである同じデフラグ処理は、より速い読み取り速度でインナートラックに転送することに過ぎません。 外部速度は固定値を持ち、使用されるインタフェースに直接依存します。

最後に、重要な瞬間の1つは、独自のキャッシュメモリまたはバッファのハードディスクの存在に関連しています。 実際には、ハードディスクの原理は、操作上または仮想メモリに類似したものでバッファを使用するという観点からです。 キャッシュが大きいほど（128〜256 KB）、ハードディスクが高速に動作します。

HDDの主な要件

ほとんどの場合、ハードドライブに表示される基本的な要件はあまりありません。 主なものは、長いサービス寿命と信頼性です。

ほとんどのHDDの主な規格は、稼動時間が少なくとも50万時間で約5〜7年の耐用年数ですが、ハイエンドのハードディスクでは少なくとも100万時間です。

信頼性に関して、これはSMARTセルフテスト機能の責任であり、個々のハードディスク要素の状態を監視し、連続的な監視を行います。 収集されたデータに基づいて、将来の起こり得る誤動作の出現の予測さえも形成することができる。

言うまでもなく、ユーザーは放置してはいけません。 例えば、HDDを使って作業する場合は、最適な温度範囲（0〜50±10℃）を守ることが非常に重要です。ハードドライブの揺れ、打撃や落下、埃やその他の小さな粒子の侵入などは避けてください。同じタバコ煙の粒子が、読書ヘッドとハードドライブの磁気面との間の距離の約2倍であり、人間の毛髪が5〜10倍であることを知ることは興味深い。

ハードドライブの交換時のシステムの初期化の問題

何らかの理由で、ユーザーがハードドライブを変更した場合や、セカンダリをインストールした場合の対処方法について、いくつかご説明します。

完全にプロセスがないだろう、とだけメインステージに焦点を当てますについて説明します。 まず、あなたは、ハードドライブを接続し、新しいハードウェアを初期化し、ブートレコードを作成し、シンプルボリュームを作成し、ID（文字）を割り当て、ファイルシステムの選択をフォーマットするために管理セクションのディスクには、検出された場合、BIOS設定で見なければなりません。 後にのみ、新たな「ネジ」は、操作のために完全に準備ができていること。

結論

それは現代のハードドライブの機能と性能の基礎を短時間に来ることすべてです。 それは実質的に静止したHDDのために使用されたものと異なっていないため、外付けハードドライブの動作原理は重要とはみなされません。 唯一の違いは、あなたのPCまたはラップトップに、追加のストレージを接続する方法です。 最も一般的なのは、直接マザーボードに接続されたUSBインタフェースを介した接続です。 同時に、あなたは最高のパフォーマンスを確保したい場合は、それが標準のUSB 3.0（青色内部ポート）を使用することをお勧めします、もちろん、外付けHDD自体がそれをサポートしていることを提供します。

その他にも、私は少しでも多くの人に考えて、それがどのように任意の型のハードディスク明らかになりました。 おそらく、上記のはまだそのことなく、完全にHDDの生産と応用技術に定め、すべての基本的な原則と方法は理解できないだろう理解するために、より均一学校の物理学のコースから、あまりにも多くの技術的な情報を与えられています。