Основним пристроєм зберігання інформації у комп'ютерній системі є жорсткий диск. Великий обсяг і енергонезалежність зробили його найбільш придатним для зберігання програм і даних.

Повна назва жорсткого диска -- НЖМД -- накопичувач на жорстких магнітних дисках. Іноді його ще називають вінчестером. Існує легенда, яка пояснює, чому за жорсткими дисками закріпилася така вигадлива назва. Перший жорсткий диск, випущений в Америці на початку 70-х років, мав об'єм на ЗО МБ інформації на кожній робочій поверхні. У ті самі часи широко відома знову ж таки в Америці магазинна гвинтівка О. Ф. Вінчестера мала калібр -- 0.30. Напевно, перший вінчестер гуркотів під час роботи, як автомат, або порохом від нього пахло, але з того часу жорсткі диски почали називати вінчестерами.

Накопичувач на жорсткому диску зовні являє собою міцний металевий корпус. Він абсолютно герметичний і захищає дисковод від часточок пилу, які, потрапивши у вузький зазор між головкою й поверхнею диска, можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск із ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод.

Усередині корпуса знаходяться всі механізми і деякі електронні вузли.

Механізми -- це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, що записують і зчитують інформацію з дисків, а також двигуни, що рухають весь пристрій.

Диск -- це кругла металева пластина з дуже рівною поверхнею, вкрита тонким феромагнітним шаром. У багатьох накопичувачах використовується шар оксиду заліза (яким вкривається звичайна магнітна стрічка), але новітні моделі жорстких дисків працюють із шаром кобальту завтовшки приблизно в десять мікронів. Таке покриття більш міцне і, крім того, дозволяє значно збільшити Щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, що використовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різною -- від одного до п'яти, кількість робочих поверхонь, відповідно, удвічі більшою (по дві на кожному диску). Останнє (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає об'єм жорсткого диска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується й може виявитися непарною.

Магнітні головки зчитують і записують інформацію на диски. Принцип запису загалом схожий на той, що використовується у звичайному магнітофоні. Цифрова інформація перетворюється на змінний електричний струм, що надходить на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке диск може сприйняти і «запам'ятати».

Магнітне покриття диска являє собою безліч дрібних областей довільної (спонтанної) намагніченості. Для наочності уявіть собі, що диск вкритий шаром дуже маленьких стрілок від компаса, спрямованих у різні сторони. Такі частинки-стрілки називаються доменами. Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до його напрямку. Після припинення дії зовнішнього поля на поверхні диска утворюються зони 1 залишкової намагніченості. У такий спосіб зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска І напроти зазору магнітної головки, викликають у ній електрорушійну силу, яка змінюється в залежності від величини намагніченості. Пакет дисків, змонтований на осі-шпинделі, рухається спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Швидкість обертання дисків, як правило, складає 5400 об/хв, хоча існують диски і зі швидкістю обертання 7200, 10000 і навіть 15000 об/хв. Для того щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при вмиканні якийсь час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинно мати запас пікової потужності.

Тепер про роботу головок. Вони переміщаються за допомогою прецизійного крокового двигуна і ніби «пливуть» на відстані в частки мікрона від поверхні диска, не торкаючись його. На поверхні дисків у результаті запису інформації утворюються намагнічені ділянки, у формі концентричних кіл. Вони називаються магнітними доріжками. Переміщаючись, головки зупиняються над кожною наступною доріжкою. Сукупність доріжок, розташованих одна під одною на всіх поверхнях, називають циліндром. Усі головки накопичувача перемішаються одночасно, здійснюючи доступ до однойменних циліндрів з однаковими номерами.

1.2 Інтерфейс ATA

Для того щоб обмінюватися даними з комп'ютером, жорсткий диск підключений кабелями управління, за допомогою яких передаються команди диску й дані. Розглянемо різні інтерфейси підключення жорстких дисків.

IDE (Integrated Drive Electronics) -- це назва типу жорстких дисків, шо мають інтерфейс ATA (AT Attachment). Дешева електроніка IDE у поєднанні з паралельною передачею даних АТА дозволяє виробляти жорсткі диски, ціна яких не надто висока. Проте не слід забувати, що АТА не призначений для зовнішніх підключень і не підтримує кабелів завдовжки більше 60 см.

Один канал АТА може підтримувати до двох дисків, первинний -- master вторинний -- slave. Дуже часто ставлять на один канал жорсткий диск як master й інший, повільніший пристрій, типу CD-ROM, як slave. Але оскільки IDE може звертатися тільки до одного пристрою на каналі одночасно, то знижується продуктивність системи загалом. Так що краще не мати slave-пристроїв у принципі. Тим більше, що зараз усі материнські плати мають два інтегровані канали IDE, а деякі три і навіть чотири. Якщо є можливість, то краше підключати жорсткий диск як master на перший канал, a DVD або CD-ROM -- як master на другий канал.

Сьогодні на ринку присутні чотири основні стандарти IDE-дисків: АТА/33, АТА/66, АТА/100. У цьому випадку число показує максимальну пропускну здатність у мегабайтах у секунду. Для АТА/66 і АТА/100 потрібен спеціальний gO-контактний кабель, а зі стандартним 40-контактним АТА/66/100 диск буде працювати, як АТА/33. Як правило, такий кабель іде в комплекті з усіма материнськими платами, що підтримують АТА/66/100. Ці три стандарти називають одним словом -- UDMA. Хоча іноді й вживають UDMA, АТА і IDE як взаємозамінні поняття, але це неправильно.

Усі IDE-диски повинні працювати з усіма варіантами АТА. Диск АТА/100 повинен прекрасно функціонувати з контролером АТА/33, а диск АТА/33 повинен так само прекрасно працювати з контролером АТА/100. Але працювати вінчестер буде на швидкості найповільнішого компонента. В обох наведених випадках це буде швидкість АТА/33, тобто максимальна пропускна здатність дорівнюватиме 33 МБ/с. Іноді можуть виникнути певні несумісності, наприклад, коли конкретний диск не бажає працювати з конкретним кабелем або два диски від різних виробників не бажають співіснувати на одному каналі контролера.

Насправді різниця в продуктивності між АТА/33,66 і 100 не така вже й велика, тому що йдеться про пікову пропускну здатність, яка під час реальної роботи досягається дуже рідко Поки не існує дисків АТА/100, що забезпечують передачу даних навіть у 66 МБ/с, і лише деякі моделі досягли планки в 33 МБ/с. Тільки кеш-пам'ять жорсткого диска може скористатися перевагами підвищеної пропускної здатності. Але для цього розмір кеша повинен бути досить великим. А більшість IDE-дисків має всього 512 КБ кеш-пам'яті, і тільки деякі, найдорожчі, можуть похвалитися кешем у 2 або навіть 4 МБ.

Так що головним недоліком IDE, як і раніше, залишається мала швидкість. Звичайно, сучасні IDE-диски наздогнали за швидкісними характеристиками старі моделі SCSI-дисків, але з новими SCSI-вінчестерами їм все одно не зрівнятися. Можна придбати досить швидкий IDE-диск зі швидкістю обертання 7200 обертів на хвилину (грт), але можна купити і SCSI-привод зі швидкістю 15, 000 rpm, який буде більш швидким. Крім того, час напрацювання на відмову, що заявляється виробниками, у IDE-дисків набагато менший, ніж у SCSI-дисків. Можливо, це просто маркетингові заходи, але розповсюджена думка, що SCSI-пристрої надійніші, ніж IDE.

Тепер поговоримо про історію винуватця обговорення Serial ATA. Отже, його історія розпочинається з утворення Serial ATA Working Group, творцями якої є: Intel, APTechnologies, Dell, IBM, Maxtor, Quantum(тоді ще незалежно від Maxtor) і Seagate. І вже в 2000 році на черговому Intel Developers Forum - серйозному форумі для розробників, анонсується попередня специфікація нового стандарту SATA. Крім того, як тоді планувалося, новий інтерфейс увійде до чіпсета під Willamette. Далі - більше, і на серпневому форумі з'являється перша новинка - жорсткий диск, створений під керівництвом Seagate, APTechnologies і Vitesse Semiconductor. У кінці того ж року Serial ATA Working Group завершила Draft Specification 1.0, по якому SATA отримав пропускну спроможність в 1,5 Гбіт/с. Які з цього всього можна зробити висновки? Все дуже просто, застарілий стандарт Parallel ATA повинен зійти з сцени, поступившись місцем своєму молодшому приймачу Serial ATA. Intel із співтоваришами підвели Спочатку загальновживаним способом передання даних через інтерфейс IDE/ATA був протокол PIO. Останній mode 4(але п'ятий по рахунку) мав пропускну спроможність 16,6 Мбайт/с. Відмітною стороною, і безперечно негативною, являлося те, що ці режими передачі даних серйозно завантажували центральний процесор, і, звичайно ж, були кращим вибором в однозадачних DOS - операційних системах. Проте не вимагали яких-небудь драйверів.

Direct Memory Access(DMA) - прямий доступ до пам'яті - назва протоколів, що дозволяють пристрою передавати інформацію безпосередньо в системну пам'ять без жодної участі центрального процесора. Сьогодні цей спосіб дає можливість в перспективі збільшити швидкість передачі даних до 133 Мбайт/з - межа того, що здатний витримати 80-жильний кабель.

З вищесказаного виходить, що основними шляхами вдосконалення PATA є два способи. Перший, і найбільш логічний, - це збільшення швидкості передачі інформації у буфер пристрою. Але тут ми а також зменшення числа провідників всього до двох(плюс шість на нитание і заземлення), можливе подовження сигнального кабелю до 1 метра, що більше стандарту для паралельного інтерфейсу в два рази. Також кане в лету і послідовний спосіб підключення пристроїв, при якому кожне або Master, або Slave. Програмне забезпечення визнає обидва пристрої головними, " сидячими" на різних портах. Пропускна спроможність інтерфейсу складе 1,5 Гбіт/с.

Переваги інтерфейсу SATA над PATA.

Передусім, кабель у нового інтерфейсу принципово відрізняється від колишнього 40 - або 80-жильного широкого плоского: кількість сигнальних дротів кабелю скорочена до чотирьох(є ще і земля), і до метра збільшена його допустима довжина. Це сприяє компактнішій упаковці і кращим умовам охолодження усередині корпусу комп'ютера, здешевлює конструкцію. Тут компактні семиконтактні роз'єми з'єднуються вузьким сплощеним кабелем шириною приблизно 8 мм і завтовшки близько 2 мм. Усередині кабелю Serial ATA знаходяться 2 пари сигнальних дротів(одна пара на прийом, інша - на передачу), відокремлених трьома жилами загального дроту("землі"). На роз'ємі, розташованому на дисках і материнських платах, три " земляні" контакти виступають трохи далі за сигнальні контакти, щоб полегшити " гаряче" підключення(передбачено " гаряче" підключення накопичувачів по Serial ATA без спеціальних адаптерів).

Ще одно перевага Serial ATA - велика смуга пропускання оскільки до кожного кабелю Serial ATA може бути підключений тільки один накопичувач(до паралельних можна підключати два накопичувачі одночасно), то запас швидкості інтерфейсу зараз здається дуже великим.

Дійсно, якщо нинішні IDE- вінчестери із швидкістю читання корисних даних з пластинів до 50 Мбайт/з практично наситили інтерфейс UltraATA/100(два такі диски на одному IDE- шлейфі вже не можуть співіснувати без теоретичної втрати швидкості, оскільки реально UltraATA/100 дає приблизно 90 Мбайт/з потокової пропускної спроможності) і підступили впритул до межі інтерфейсу UltraATA/133, то добиратися до 150 Мбайт/з поодиноким дискам припаде ще дуже довго(за прикидками - приблизно років 5, а то і більше), тобто навіть першій версії Serial ATA забезпечено довге життя. До того ж сусідство на одному шлейфі більше не заважатиме дискам в силу усунення латентностей шини IDE на перемикання між сусідніми пристроями, що також повинне підвищити швидкість роботи дисків в комп'ютерах

Поліпшено і електричне обрамлення інтерфейсу : тепер замість більше 20 ліній(а сигнали п'ятивольтів в сучасних системах нерідко вимагають ускладнення і дорожчання схемотехніки, оскільки більшість нинішніх цифрових мікросхем вже працюють при нижчій напрузі живлення) п'ятивольтів використовуються всього дві диференціальні лінії з перепадом рівня всього 0,5 вольт, а це відмінно узгоджується з сучасними інтегрованими рішеннями.

Ще однією важливою особливістю Serial ATA є те, що зміни архітектури інтерфейсу лежать тільки в області фізичного інтерфейсу, а по регістрах і програмному забезпеченні він буде повністю сумісний з нинішнім паралельним ATA. Тому необхідності кардинально не мінятиме драйвери. Більше того, в деяких випадок нових драйверів для Serial ATA взагалі не знадобиться(!) : архітектура Serial ATA прозора для BIOS і операційної системи. Крім того, Serial ATA(на відміну від паралельних ATA) має засоби виправлення помилок.

Загальні дані інтерфейсу SATA.

У першій версії стандарту Serial ATA(SATA 1.0) передбачена максимальна пропускна спроможність 150 Мбайт/з, а про обмеження на розміри дисків можна просто забути на найближчі років десять. У наступних версіях SATA передбачається подвоєння швидкості передачі, тобто спочатку буде 300, а потім і 600 Мбайт/с.

Як вже відзначалося, стандарт SATA має на увазі послідовну передачу даних, а тому в кабелях передачі даних використовуються всього дві диференціальні пари. Одна з них працює на передачу, а інша - на прийом. Всього ж в кабелі SATA допускається(опционально) використання семи провідників, три з яких " земля". Максимальна довжина кабелю при цьому складає 1 м.

В порівнянні з традиційним паралельним інтерфейсом інтерфейс Serial ATA має велику завадозахищеність і мало сприйнятливий до електромагнітних завад завдяки використанню низькорівневих диференціальних сигналів. Рівень сигналу вимірюється не по відношенню до " землі", а по відношенню до рівня сигналу в сусідньому дроті, тобто як різниця сигналів в двох провідниках. Будь-яка наведена перешкода позначається на обох сигналах, проте їх диференціальна різниця при цьому не міняється.

2. Основні критерії та тестування

жорсткий диск ціна

2.1 Критерії вибору жорсткого диску

Hitachi

Графік швидкості лінійного читання

мал. 3 500 GB

Якщо порівняти таблицю швидкості лінійного читання з попередніми двома представниками, то одразу можна сказати, що Hitachi достатньо менш швидкодійний. Це робить його слабким конкурентом.

Обираемо Deskstar 7K1000.D 500GB 7200rpm 32МB 0F13178 3.5 SATA IIІ. (710 грн)

Seagate.

Графік швидкості лінійного читання

мал. 4 320 GB

З таблиці лінійного зчитування дуже помітно, що швидкість зчитування при більшій ємності не дуже падає, можна сказати що відбувається невелике середню відхилення. Також можна простежити, що Seagate не поступається Samsung, що робить Seagate потужним конкурентом.

Звернемось до ціни:

320 Гб - 689 грн.

500 Гб - 710 грн

750 Гб - 718 грн

1 Тб - 799 грн

Різниця у цінах становить приблизно 55 грн

З урахуванням цих даних найбільш оптимальною моделлю буде Barracuda 7200.12 750GB 7200rpm 32MB ST3750525AS 3.5" SATAIII

Western Digital

Графік швидкості лінійного читання

мал. 6 160 Gb та 320 Gb (відповідно)

мал.7 250 Gb та 500 Gb (відповідно )

мал. 8 750 Gb

Дивлячись на таблицю швидкодії зчитування можна сказати, що WD має високу швидкодію, та за цими показниками набагато випереджає представника Hitachi та є потужним конкурентом компанії Seagate. Якщо ж розглянути таблицю більш детально то можна прослідкувати, що при більшій ємності швидкодія відносно не на багато відрізняється. WD 500 має досить не погану швидкодію, але єдиний недолік нестабільність, та швидкість опускається нижче позначки 40. WD 750 хоч із самого початку нижче за попередніх представників, за те він порівняно найстабільніший, оскільки він не опускається за позначку 40.

Тому обираємо Caviar Green 750GB 5400rpm 64MB WD7500AARX 3.5 SATAIII. (718 грн).

3. Рекомендації для вибору жорсткого диску

Вивід формули. Перш за все оцінемо кожний критерій за шкалою від нуля до одиниці.

Інтерфейс жорсткого диску є, мабуть, однією з найважливіших характеристик. Оскільки він виконує лінію зв'язку. За інтерфейсом визначають тип жорсткого диску: звичайний чи портативний. Тому інтерфейс отримує бал у розмірі 0,8.

Ємність є не менш важливою характеристикою. Оскільки саме від цієї характеристики залежить наскільки багато можна записати важливої інформації для користувача. Тому бал дамо 0,75.

Частота обертання шпинделю є менш важливою, але не набагато, оскільки саме від частоти залежить швидкодія вінчестеру. Бал - 0,65.

Кеш є не досить важливою характеристикою, тому бал відповідний (0,4). Виробник має дещо аби-яке значення при виборі жорсткого диску, тому оцінюється всього в 0,35 бала.

Абревіатура відіграє незначну, але дещо помітну роль. Різні букви можуть говорити за різні характеристики, як наприклад потужне магнітне поле чи добре захищений від струсів, тому бал - 0,35.

Останній критерієм є форм-фактор, який відіграє незначну роль у виборі жорсткого диску. Він вказує, в якому комп'ютері використовується вінчестер (НК, ноутбук…). Бал - 0,3

Таблиця 2 Шкала оцінювання критеріїв

Таблиця 3 Оцінювання

З таблиці підведемо підсумки найбільший бал за виробником:

Samsung. Отримує EcoGreen F3 500GB 5400rpm 16MB HD503HI_ST500DL001 3.5 SATA II.( мал. 9) Якщо звернути увагу на тести ця модель показала себе доволі непогано, тому однозначно можна порекомендувати саме її.

Hitachi. Отримуємо Deskstar 7K1000.D 500GB 7200rpm 32МB 0F13178 3.5 SATA III.

Deskstar 7K1000.D - вінчестер з низьким енергоспоживанням. Чудово підходить для домашнього і офісного використання. Він споєднує в собі високу продуктивність і низьке споживання енергії, що робить його оптимальним для персональних комп'ютерів. Ця модель рекомендована для придбання.

Seagate. Серед жорстких дисків компанії Seagate, найбільший бал отримав Barracuda 7200.12 750GB 7200rpm 32MB ST3750525AS 3.5" SATAIIІ. Завдяки поєднанню інноваційних технологій і досвіду масового виробництва ці жорсткі диски забезпечують високу продуктивність і екологічність систем зберігання даних місткістю 750 ГБ. Має кращі в галузі характеристики рівня шуму і енергоспоживання

Western Digital

Що стосується виробника WD, серед списку їх продукції лідерство отримав Caviar Green 750GB 5400rpm 64MB WD7500AARX 3.5 SATAIIІ. Зменшене енергоспоживання дозволяє створювати системи, що мають не лише більшу місткість, але і правильне співвідношення швидкодії, гарантованої надійності і економії електроенергії.

Підсумкова таблиця

Висновки

Жорсткий диск є досить актуальним носієм інформації на сьогоднішній день. Основними виробниками цього носія інформації є Samsung, Seagate, Hitachi та WD виготовляють переважно звичайні жорсткі диски для НК.

В ході робота було представлено готову продукцію на ринку та зроблено повний вичеркний аналіз. Було досліджено понад 26 моделів, серед яких 2 моделей компанії Samsung, 10 - Seagate, 2 - Hitachi, 11 - WD, 1 - TOSHIBA.

Також було охарактеризовано особливості та технічні характеристики жорсткого диску. Було встановлено за якими критеріями описується та обирається вінчестер. Критеріям дались визначення та на основі даних критеріїв були побудовані порівняльні діаграми за допомогою яких було встановлено найоптимальніші конфігурації жорсткого диску. Дані моделі, як правило, описуються інтерфейсом (Sata, Ata), ємністю (160,320,500,640,750… GB), частотою обертання шпинделю (5400, 7200 rpm), розміром(3,5 та 2,5 дюйми), виробником та абревіатурою.

Жорсткий диск - невідємна частина будь-якого комп'ютеру. Оскільки саме на ньому відбувається зберігання даних.

Список використаних джерел

1. Аладьев В. З. Компьютерная хрестоматия. Справочное руководство. Москва.: Российская энциклопедия.2003.

2. Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа. - Рудометов Е., Рудометов В. - Питер, 2000.

3. Геннадий Баранов «Дисковые накопители информации», «Компьютеры Днепропетровска», №19.

4. Компьютеры и программы №2,1996 г., Михаил Архипов "Периферийные устройства" Леонтьев В.П. ПК: универсальный справочник пользователя Москва 2000.

5. Мир ПК №5 1996 г., Рекс Фаррент, Арден Хоффман "Гигабайтный диск за 199$"

6. Михаил Батыгов, Олег Денисов «Накопители на жестких магнитных дисках с интерфейсом IDE». Модернизация и ремонт серверов Скотт Мюллер, Марк Соупер, Барри Сосински

7. Сергей Симонов «Семь тысяч двести», «Компьютерра», №32.

8. Сергей Леонов «Винчестер будущего», «Компьютерра», №17.

9. Ушаков Н. Н. Технология элементов вычислительных машин. М.: Высшая школа. 2001.

10. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя. М.: ИНФРА-М. 2002

Размещено на Allbest.ru