Disco rigido: tutto ciò che devi sapere

L'uso del disco rigido come unità di memoria principale è già numerato. Con la comparsa degli SSD molto veloci, gli HDD sono stati retrocessi in background, anche se non sono meno importanti perché sono ideali per l'archiviazione di massa. Le unità che attualmente raggiungono i 16 TB e che per poco più di 60 euro possiamo avere 2 TB nel nostro PC, qualcosa che è ancora fuori portata per molti di noi se è SSD per il suo prezzo.

In questo articolo compileremo tutto ciò che devi sapere sui dischi rigidi, il loro funzionamento, le caratteristiche e soprattutto i vantaggi e gli svantaggi che offrono rispetto agli SSD, cosa che è sempre un must.

Funzione e componenti interni di un disco rigido

Il nome del disco rigido deriva dall'inglese Hard Disk Drive, o acronimo HDD con il quale tutti conosciamo questa unità di archiviazione e che è anche il modo più chiaro per differenziarla da un SSD (Solic Disk Drive).

Il compito di un disco rigido non è altro che il provisioning delle nostre apparecchiature, il luogo in cui sono archiviati tutti i file, i programmi e dove è installato il sistema operativo. Per questo motivo viene anche chiamato memoria principale, che, a differenza della memoria RAM, mantiene i file all'interno anche senza elettricità.

Mentre gli SSD sono realizzati interamente con componenti elettronici e memorizzano informazioni su chip costituito da porte NAND, i dischi rigidi hanno parti meccaniche. In essi, una serie di dischi ruota ad alta velocità in modo che, usando le testine magnetiche, le informazioni su di essi vengano lette e cancellate. Vediamo gli elementi principali che fanno parte di un disco rigido.

piatti

Sarà il luogo in cui sono memorizzate le informazioni. Sono installati in orizzontale e ogni deck è composto da due facce o superfici di registrazione magnetizzate. Questi sono normalmente realizzati in metallo o vetro. Per memorizzare le informazioni al loro interno, hanno celle in cui possono essere magnetizzate positivamente o negativamente (1 o 0). Il loro finale è esattamente come uno specchio, in essi è memorizzata un'immensa quantità di dati e la superficie deve essere perfetta.

Teste di lettura

Il secondo elemento più importante sono le testine di lettura, di cui ne abbiamo una per ogni faccia o superficie di registrazione. Queste teste non entrano realmente in contatto con le piastre, quindi non vi è alcuna usura. Quando le stoviglie ruotano, viene creato un sottile film d'aria che impedisce il conteggio tra esso e la testa di gioco (a circa 3 nm di distanza). Questo è uno dei principali vantaggi rispetto agli SSD, le cui cellule si degradano con cancellature e scritture.

motori

Abbiamo visto la presenza di molti elementi meccanici all'interno di un disco rigido, ma quello che lo mostra di più è la presenza di motori. Fatta eccezione per i fan, è l'unico elemento simile su un PC e la principale fonte di dischi rigidi lenti. Il motore ruota le piastre a una certa velocità, può essere 5.400 RPM, 7.200 o 10.000 RPM per il più veloce. Fino a quando non viene raggiunta tale velocità, non sarai in grado di interagire con i dischi ed è un'ottima fonte di lentezza.

A questo aggiungiamo il motore o piuttosto l' elettromagnete che fa muovere le testine di lettura per trovarle nel luogo in cui si trovano i dati. Anche questo richiede tempo, essendo un'altra fonte di lentezza.

cache

Almeno le unità attuali hanno un chip di memoria integrato nel circuito elettronico. Questo funge da ponte per lo scambio di informazioni dalle piastre fisiche alla memoria RAM. È come un buffer dinamico per alleggerire l'accesso alle informazioni fisiche e di solito è 64 MB.

incapsulato

L'incapsulamento è molto importante per un HDD, poiché, a differenza dell'SSD, l'interno deve essere completamente pressurizzato in modo che non entri un singolo granello di polvere. Teniamo conto del fatto che le piastre ruotano a una velocità enorme e l'ago delle teste misura solo pochi micrometri. Qualsiasi elemento solido, non importa quanto piccolo, può causare danni irreversibili all'unità.

connessioni

Per finire abbiamo l'intero set di connessioni sul retro del pacchetto, che consiste in un connettore di alimentazione SATA e un altro per i dati. In precedenza, i dischi rigidi IDE avevano anche un pannello per selezionare la modalità operativa, slave o master se le unità condividevano un bus, ma ora ciascuna unità si collega a una porta separata sulla scheda madre.

Fattori di forma e interfaccia su un HDD

In questo senso, al momento l'informazione è piuttosto breve, poiché troviamo solo due fattori di forma. Il primo è lo standard per PC desktop, con unità da 3, 5 pollici e misure di 101, 6 x 25, 4 x 146 mm. Il secondo è il fattore di forma utilizzato nelle unità notebook da 2, 5 pollici che misurano 69, 8 x 9, 5 x 100 mm.

Per quanto riguarda le tecnologie di connessione, attualmente non ne abbiamo troppi per gli HDD, essendo due:

SATA

Questo è lo standard di comunicazione negli HDD dei PC attuali in sostituzione dell'IDE. In questo caso, viene utilizzato un bus seriale che utilizza il protocollo AHCI anziché parallelo per trasmettere i dati. È considerevolmente più veloce dell'IDE tradizionale e più efficiente con trasferimenti massimi di 600 MB / s. Inoltre, consente connessioni a caldo dei dispositivi e ha bus molto più piccoli e più gestibili. In ogni caso, un hard disk meccanico corrente può raggiungere solo un massimo di 400 MB / s in lettura, mentre gli SSD SATA sfruttano appieno questo bus.

SAS

Questa è l'evoluzione dell'interfaccia SCSI, ed è un bus che funziona in serie come SATA, sebbene i comandi di tipo SCSI siano ancora usati per interagire con i dischi rigidi. Una delle sue proprietà è che è possibile collegare più dispositivi sullo stesso bus ed è anche in grado di fornire una velocità di trasferimento costante per ciascuno di essi. Siamo in grado di collegare più di 16 dispositivi e ha la stessa interfaccia di connessione dei dischi SATA, rendendolo ideale per il montaggio di configurazioni RAID su server.

La sua velocità è inferiore a SATA, ma una caratteristica importante è che il controller SAS può comunicare con un disco SATA, ma un controller SATA non può comunicare con un disco SAS.

Parti fisiche, logiche e funzionali del disco rigido

Abbiamo già visto le parti di base all'interno, ma questo è solo l'inizio per capire come funziona effettivamente. E se vuoi sapere tutto su questi dischi rigidi, questa sezione è la più importante, poiché determina il funzionamento di un disco rigido, che può essere fatto in due modi:

CHS (cilindro - testata - settore): questo sistema è quello utilizzato nei primi dischi rigidi, sebbene sia stato sostituito dal seguente. Tramite questi tre valori è possibile posizionare la testina di lettura nel punto in cui si trovano i dati. Questo sistema era di facile comprensione, ma richiedeva direzioni di posizionamento piuttosto lunghe.

LBA (indirizzamento logico in blocchi): è quello attualmente utilizzato, in questo caso dividiamo il disco rigido in settori e assegniamo a ciascuno un numero univoco, come se fosse un indirizzo di memoria in cui dovrebbe trovarsi il mandrino. In questo caso, la stringa di istruzioni sarà più breve ed efficiente e consentirà al sistema di indicizzarsi dal sistema.

Struttura fisica dei piatti

Vediamo come è divisa la struttura fisica del disco rigido, che determinerà come funziona.

• Traccia: le tracce sono gli anelli concentrici che formano la superficie di registrazione del disco. Cilindro: un cilindro è formato da tutti i binari allineati verticalmente su ciascuna delle piastre e delle facce. Non è qualcosa di fisico, ma un cilindro immaginario. Settore: ogni traccia è divisa in pezzi di archi chiamati settori. In ciascun settore verranno archiviati i dati e, se uno di essi rimane incompleto, i dati successivi verranno inseriti nel settore successivo. Le dimensioni del settore della tecnologia ZBR (bit-zone recording) varieranno dalle piste interne a quelle esterne per ottimizzare lo spazio. Di solito sono 4KB, anche se possono essere modificati dal sistema operativo. Cluster: è un raggruppamento di settori. Ogni file occuperà un certo numero di cluster e nessun altro file può essere archiviato in un determinato cluster.

Struttura logica di un disco rigido

La cosa divertente è che la struttura logica del disco rigido è stata mantenuta anche per gli SSD nonostante funzioni in modo diverso.

Settore di avvio (MBR o GPT)

Il Master Boot Record o MBR è il primo settore del disco rigido, traccia 0, cilindro 0, settore 1. Qui viene memorizzata la tabella delle partizioni dell'intero disco rigido, che ne segna l'inizio e la fine. Viene anche memorizzato Boot Loader, in cui viene raccolta la partizione attiva in cui sono installati il ​​sistema o i sistemi operativi. Al momento è stato sostituito in quasi tutti i casi dallo stile di partizione GPT, che vedremo ora in maggior dettaglio.

partizioni

Ogni partizione divide il disco rigido in un numero specifico di cilindri e possono avere le dimensioni che vogliamo assegnare loro. Queste informazioni verranno archiviate nella tabella delle partizioni. Al momento esiste nel concetto di partizioni logiche, accanto al disco rigido dinamico, con il quale possiamo anche unire due diversi dischi rigidi e in vista del sistema funzionerà come uno.

Differenza tra MBR e GPT

Attualmente sono disponibili due tipi di tabelle delle partizioni per un HDD o SSD, quelli di tipo MBR o quelli di tipo GPT (Global Unique Identifier). Lo stile di partizionamento GPT è stato implementato per i sistemi EFI o Extensible Firmware Interface, che ha sostituito il vecchio sistema BIOS di computer. Quindi, mentre il BIOS utilizza MBR per gestire il disco rigido, GPT è orientato all'essere il sistema proprietario per UEFI. Soprattutto, questo sistema assegna un GUID univoco a ciascuna partizione, è come un indirizzo MAC e l'allocatore è così lungo che tutte le partizioni nel mondo potrebbero essere nominate in modo univoco, eliminando virtualmente i limiti fisici da un disco rigido in termini di partizionamento.

Questa è la prima e più evidente differenza con MBR. Mentre questo sistema ti consente solo di creare 4 partizioni primarie su un disco rigido con un massimo di 2 TB, in GPT non ci sono limiti teorici per crearle. Sarà il sistema operativo che in qualche modo rende questa limitazione e Windows attualmente supporta 128 partizioni primarie.

La seconda differenza sta nel sistema di partenza. Con GPT, il BIOS UEFI stesso può creare il proprio sistema di avvio, rilevando dinamicamente il contenuto del disco ogni volta che si avvia. Questo ci consente di avviare perfettamente un computer, anche se cambiamo il disco rigido per un altro con un'altra distribuzione logica. Invece, MBR o BIOS precedenti necessitano di un eseguibile per identificare la partizione attiva ed essere in grado di avviare l'avvio.

Fortunatamente, quasi tutti gli attuali dischi rigidi HDD e SSD sono preconfigurati con il sistema di partizione GPT e, in ogni caso, dal sistema stesso o in modalità comando con Diskpart possiamo modificare questo sistema prima di installare Windows.

File system su un disco rigido

Per finire con il funzionamento di un disco rigido, dobbiamo imparare quali sono i principali file system utilizzati. Sono una parte fondamentale dell'utente e le possibilità di archiviazione.

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

Ignorando la presenza del sistema FAT poiché è praticamente inutile negli attuali sistemi di archiviazione, il FAT32 è il suo predecessore. Questo sistema consente di assegnare indirizzi a 32 bit ai cluster, quindi in teoria supporta dimensioni di archiviazione di 8 TB. La realtà è che Windows limita questa capacità a 128 GB con file di dimensioni non superiori a 4 GB, quindi è un sistema utilizzato solo da piccole unità di archiviazione USB.

Per superare i limiti di FAT32, Windows ha creato il sistema exFAT, che supporta file di dimensioni teoriche fino a 16 EB (Exabyte) e dimensioni di archiviazione teoriche di 64 ZB (Zettabyte)

Questo sistema è quello utilizzato da Windows per installare il sistema e gestire i file sul disco rigido. Attualmente supporta file da 16 TB, 256 TB come dimensione massima del volume ed è possibile configurare dimensioni cluster diverse per la formattazione. È un sistema che utilizza molto spazio per la configurazione del volume, quindi si consigliano dimensioni della partizione superiori a 10 GB.

È il file system di Apple e sostituisce il tradizionale HFS aggiungendo il supporto per file più grandi e volumi più grandi. Queste dimensioni hanno un massimo di 8 EB.

Ora abbiamo a che fare con il file system di Linux, attualmente nella sua versione EXT4. Le dimensioni dei file supportate sono al massimo 16 TB e 1 EB come dimensione del volume.

Infine, ReFS è un altro sistema brevettato da Microsoft e destinato ad essere l'evoluzione di NTFS. È stato implementato con Windows Server 2012, ma alcuni Windows 10 per le distribuzioni aziendali attualmente lo supportano. Questo sistema migliora NTFS sotto molti aspetti, ad esempio implementando la protezione da degrado dei dati, correzione e guasti e ridondanza, supporto RAID, verifica dell'integrità dei dati o rimozione di chkdsk. Supporta dimensioni di file di 16 EB e dimensioni di volume di 1 YB (Yottabyte)

Che cos'è un RAID

E strettamente legate al concetto di file system sono le configurazioni RAID. In effetti, ci sono laptop o PC che hanno già una configurazione RAID 0 per la loro capacità di archiviazione.

RAID è l'acronimo di Redundant Array of Independent Disks ed è un sistema di archiviazione dati che utilizza più unità di archiviazione. In essi, i dati vengono distribuiti come se fossero una singola unità o replicati per garantire l'integrità dei dati contro guasti. Queste unità di archiviazione possono essere HDD o hard disk meccanici, SSD o unità a stato solido, anche M.2.

Attualmente esiste un gran numero di livelli RAID, che consiste nella configurazione e associazione di questi dischi rigidi in diversi modi. Ad esempio, RAID 0 unisce due o più dischi in uno per distribuire i dati su tutti loro. È ideale per espandere la memoria visualizzando solo un disco rigido nel sistema, ad esempio due HDD da 1 TB possono formare un singolo 2 TB. D'altra parte, RAID 1 è esattamente l'opposto, è una configurazione con due o più dischi con mirroring in modo che i dati vengano replicati su ciascuno di essi.

Vantaggi e svantaggi di un HDD rispetto a un SSD

Infine, riassumeremo e spiegheremo le principali differenze tra un disco rigido meccanico e un disco a stato solido. Per questo, abbiamo già un articolo in cui tutti questi fattori sono spiegati in dettaglio, quindi faremo solo una rapida sintesi.

Vantaggi eccezionali

• Capacità: questo è uno dei principali vantaggi che un disco rigido ha su un SSD e non è proprio perché gli SSD sono piccoli, ma perché il loro costo aumenta molto. Sappiamo che un HDD è più lento di un SSD, 400 MB / s contro 5000 MB / s sulle unità più veloci, ma la sua capacità di archiviazione per unità è perfetta per l'uso come data warehouse. Attualmente ci sono unità HDD da 3, 5 "fino a 16 TB. Basso costo per GB: di conseguenza, da quanto sopra, il costo per GB è molto più basso su un HDD che su un SSD, quindi possiamo acquistare unità molto più grandi, ma a un prezzo inferiore. Un disco rigido da 2 TB si trova ad un prezzo di circa 60 euro, mentre un SSD M.2 da 2 TB è di almeno 220 euro o più. Shelf Life: e il terzo vantaggio di un HDD è la shelf life dei tuoi piatti. Fai attenzione a non menzionare la sua durata e resistenza, ma piuttosto il numero di volte in cui possiamo scrivere e cancellare celle, che è praticamente illimitato sui dischi rigidi meccanici. Sugli SSD, il numero è limitato a poche migliaia, il che li rende opzioni molto meno interessanti per database e server.

svantaggi

• Sono molto lenti: con l'avvento degli SSD, i dischi rigidi meccanici sono diventati il dispositivo più lento in un computer anche al di sotto di USB 3.1. Questo li rende un'opzione quasi usa e getta per installare un sistema operativo, essendo destinato ai dati solo se vogliamo davvero un computer veloce. Stiamo parlando di figure che posizionano un HD 40-50 volte più lento di un SSD, non è una sciocchezza. Dimensioni fisiche e rumore: essendo meccanici e con piatti, le loro dimensioni sono piuttosto grandi rispetto all'SSD M.2 che misura solo 22 × 80 mm. Allo stesso modo, avere un motore e teste meccaniche li rende piuttosto rumorosi, specialmente quando i file sono frammentati. Frammentazione: la distribuzione in tracce causa la frammentazione dei dati nel tempo. In altre parole, il disco riempirà i settori che sono stati lasciati vuoti quando sono stati cancellati, quindi la testina di lettura deve fare molti salti per poter leggere un file completo. In un SSD, essendo una memoria di celle elettroniche, tutte sono accessibili alla stessa velocità, proprio come la memoria RAM, questo problema non esiste.

Conclusione su hard disk

In questo modo arriviamo alla fine del nostro articolo che approfondisce l'argomento del disco rigido meccanico. Senza dubbio si tratta di elementi che almeno per la maggior parte degli utenti svolgono un ruolo leggermente minore avendo sul mercato SSD anche di 2 TB. Ma sono ancora l'opzione principale per l'archiviazione di massa, dal momento che per questo non abbiamo bisogno di tanta velocità ma molto spazio.

Immagina cosa succederebbe se avessimo un singolo SSD da 512 o 256 GB e desiderassimo salvare film in 4K, installare giochi o creare contenuti. Se vogliamo velocità dobbiamo spendere una fortuna, su SSD, mentre avere 20 TB con HDD ci costerebbe circa 600 euro, mentre farlo con SSD SATA potrebbe costarci circa 2000 euro e se sono NVM meglio non calcolarlo.

Vi lasciamo ora con alcuni articoli che saranno utili per integrare le informazioni, e ovviamente con le nostre guide.

Quanti dischi rigidi hai sul tuo PC e che tipo sono? Usi SSD e HDD?