Из чего состоит жёсткий диск HDD: детали внутри и как они работают
Если коротко: HDD — это не «коробка с файлами», а маленький механический завод. Пластины крутятся, головки парят над ними на микрозазоре, электроника держит всё это в балансе. Работает — магия. Ломается — обычно тоже логично (и шумно).
TL;DR: что важно помнить
- Внутри не вакуум: там воздух или гелий, и «полёт» головок рассчитан именно на это.
- У большинства “воздушных” HDD есть канал выравнивания давления (через фильтр). У гелиевых — корпус обычно герметичнее.
- Головка не трёт пластину — она летит на нанометрах. Пыль внутри = почти гарантированный труп.
- CMR для работы/торрентов/перезаписи. SMR — скорее для архива, и с оговорками для NAS/RAID.
- Если диск начал щёлкать/пропадать — минимум действий, сначала спасаем данные, потом героизм.
1) HDA (отсек головок и пластин): где живёт вся механика
Всё интересное происходит в HDA — внутреннем отсеке, где стоят пластины и блок головок. Важно: большинство дисков не «вакуумные». Внутри есть газ (обычно воздух, иногда гелий), и система рассчитана на работу именно в нём.Тонкость, чтобы не путаться в словах:
- HDA — это “очень чистая” зона, но у большинства air-дисков есть дыхательный канал для выравнивания давления (через breather-фильтр). То есть это не «герметично навсегда», просто защищено и фильтруется.
- У гелиевых моделей корпус обычно гораздо более герметичный (гелий не любят выпускать наружу).
Что там внутри
- Пакет пластин (platters) — магнитные поверхности, где лежат данные.
- Шпиндельный узел/мотор — раскручивает пластины и держит их на оси.
- Блок головок (HSA) — рычаги с головками чтения/записи.
- Актуатор VCM — позиционирует блок головок по радиусу (катушка в магнитном поле, без шестерёнок).
- Парковка — обычно рампа (load/unload), реже — посадочная зона на пластине (landing zone).
- Фильтры — внутренний рециркуляционный фильтр ловит микрочастицы в HDA; у air-дисков дополнительно есть breather-фильтр в узле выравнивания давления (“дыхательное” отверстие).
Основные узлы HDD внутри HDA: пластины, блок головок, актуатор VCM, парковка и фильтры (breather и рециркуляционный)
Легенда к схеме (1–9)
- 1 — Пакет пластин (platters): магнитные поверхности, где хранятся данные.
- 2 — Шпиндельный узел/мотор (ось/подшипник): обеспечивает вращение пластин.
- 3 — Ступица/прижим (крепёж пакета пластин на шпинделе).
- 4 — Литое основание HDA (внутренние ребра/выборки корпуса).
- 5 — Корпус HDA (внешняя рама/контур, крепёж и геометрия основания).
- 6 — Актуатор VCM (магниты + катушка): привод позиционирования блока головок.
- 7 — Breather-фильтр / узел выравнивания давления (для air-HDD).
- 8 — Парковочная рампа (load/unload): место, куда уезжают головки при остановке.
- 9 — Внутренний рециркуляционный фильтр (ловит микрочастицы внутри HDA).
2) Пластины: «бутерброд» слоёв, где живут биты
Пластина — не «железка». Это подложка + тонкие слои, которые делают её магнитной и живучей.- Основа (подложка) — обычно алюминиевый сплав или стеклянная/керамическая подложка (зависит от модели).
- Магнитный слой — именно он хранит данные (намагниченные области).
- Защитный слой + смазка — защита от износа и микроконтактов.
Слои пластины HDD (упрощённо): подложка → технологический подслой → магнитный слой → защитный углерод → тонкая смазка
В норме пластина должна быть ровной, жёсткой, стабильной и выдерживать работу на больших оборотах годами.
3) Шпиндельный двигатель: зачем диску тысячи оборотов
Шпиндельный мотор — бесщёточный (BLDC). Он крутит пластины на 5400/7200 RPM (в серверных линейках бывает выше).Почему это важно:
- Выше RPM — чаще быстрее доступ к данным, но больше шум/нагрев/вибрации.
- Скорость должна быть стабильной: электроника постоянно её контролирует.
4) Актуатор: головку надо ставить «в точку»
Чтобы прочитать нужный сектор, головка должна попасть на конкретную дорожку. Её двигает актуатор (VCM): катушка в магнитном поле — и рычаг поворачивается. Никаких шестерёнок, только физика.Важный момент: диск постоянно «подруливает» головку по сервометкам на пластинах. Это штатная работа, а не «оно дрожит и сейчас умрёт».
5) Головки чтения/записи: они не трутся о диск
Это самая хрупкая и самая крутая часть HDD. Головка не касается поверхности — она «летит» на воздушной/газовой подушке, которую создаёт поток газа от вращающейся пластины.Головка HDD не трёт пластину: она “летит” на газовой подушке на нанометровом зазоре, а при остановке паркуется.
- Зазор — единицы–десятки нанометров (порядок величин; точные цифры зависят от поколения и режимов).
- Парковка — при выключении головки либо уезжают на рампу, либо “садятся” в посадочную зону (зависит от конструкции).
Как головка пишет и читает (по-простому)
- Запись: создаётся магнитное поле, которое меняет намагниченность участка на поверхности.
- Чтение: элемент считывает изменения магнитного поля и превращает это в электрический сигнал.
6) Как устроены данные: дорожки, сектора, служебные зоны
Если очень упрощать: поверхность разбита на дорожки (tracks), данные лежат блоками (секторами). В секторе есть не только полезные данные, но и служебная часть: синхронизация, адресация, ECC (коррекция ошибок).Но в реальности есть детали, из-за которых “на картинках одно, а в системе другое”:
- LBA: ОС видит линейные блоки (логические адреса), а не «дорожки/сектора по радиусу».
- ZBR: на внешних дорожках обычно больше данных, поэтому линейная скорость чтения/записи по краю выше.
- 512e/4Kn: “сектор” может быть логическим 512 байт, а физически — 4К (или сразу 4К).
Практический смысл:
- ECC постоянно «чинит» мелкие ошибки чтения — это нормально.
- Когда ошибок становится много, начинаются переназначения, просадки скорости и риск потери данных.
7) CMR и SMR: почему один HDD внезапно «тормозит на записи»
Это две схемы записи, и они реально влияют на поведение диска.- CMR — обычная запись без перекрытий дорожек. Предсказуемая скорость, нормально переносит постоянную перезапись.
- SMR — «черепичная» запись: дорожки перекрываются ради плотности. Минус: перезапись маленького куска может требовать переписывать целый «пакет» соседних дорожек. Отсюда резкие провалы скорости на длинной записи.
CMR пишет предсказуемо, а SMR из-за перекрытия дорожек при перезаписи может вынужденно читать и переписывать соседнюю “полосу”, поэтому скорость падает
Практическая оговорка, которую лучше знать заранее:
- SMR (особенно drive-managed) может быть токсичным для NAS/RAID при ребилде/ресинке: внезапные тормоза, долгие таймауты, “массива нет, но вы держитесь”. Для массивов и активной перезаписи чаще спокойнее CMR.
8) Плата электроники (PCB): мозги и силовая часть
Снизу HDD стоит плата. Там обычно:- MCU (контроллер) — логика, интерфейс SATA/SAS/USB, обработка данных.
- DRAM-кэш — буфер. Особенно заметен на сложных сценариях записи и у SMR.
- Драйвер мотора — управляет шпинделем и токами актуатора.
- Канал чтения/записи + управление преампом — обработка сигналов и управление трактом. Сам преамп обычно расположен внутри HDA рядом с головками, чтобы усиливать сигнал максимально близко к источнику.
- Датчики вибрации — чаще в дисках классом выше, полезно в корзинах/серверах.
Как работает HDD “по сигналам”: данные идут через интерфейс → контроллер и DRAM-кэш → канал чтения/записи → преамп (внутри HDA) → головки; отдельно драйвер управляет шпинделем и актуатором VCM.
Что брать под задачу (без религии)
- ОС/игры/программы: если есть выбор — лучше SSD. HDD тут живёт, но это компромисс по отзывчивости.
- Торренты, видеомонтаж, рабочие проекты, частые перезаписи: чаще логичнее CMR (ровнее скорость, меньше сюрпризов).
- Архив, бэкапы «записал и лежит»: SMR может подойти, но лучше понимать, что при длительных перезаписях он может резко замедляться.
- NAS/сервер/корзины с вибрацией: смотри диски под NAS/enterprise (там обычно лучше прошивки под многопоток и вибрации). И с массивами чаще спокойнее CMR, чем “неожиданный” SMR.
- Гелиевые модели: часто тише/холоднее и с большей плотностью, но это не «обязательная магия» — просто один из инженерных подходов.
Таблица: узел → роль → типичные симптомы
Важно: это не «точный диагноз», а логика, чтобы понимать, что именно может происходить. В реальности одни и те же симптомы могут давать разные причины (например, “бэды” бывают и от поверхности, и от головок).| Узел | Роль | Типичные симптомы |
|---|---|---|
| Пластины | Хранение данных | Бэд-блоки, ошибки чтения, падение скорости, проблемы с файлами |
| Головки / блок головок | Чтение и запись | Щелчки/«стук», диск пропадает, ошибки чтения, иногда не определяется |
| Шпиндельный мотор | Вращение пластин | Не раскручивается, повторные попытки старта, гул/вибрация не как раньше |
| Парковка/механика актуатора | Остановка и движение головок | Скрежет/щелчки при старте/остановке, нестабильное поведение |
| Плата (PCB) / питание | Управление и силовая часть | Полная «тишина», запах гари, диск не подает признаков жизни |
Какие SMART-показатели смотреть (по-человечески)
SMART — не гадалка, но полезный «термометр» здоровья. Важно: названия и смысл некоторых атрибутов зависят от производителя, но базовые красные флаги почти везде одинаковые.Красные флаги, которые почти всегда плохие
- Reallocated Sectors Count — переназначенные сектора. Плохо, если растёт.
- Current Pending Sector Count — «подвисшие» сектора, которые читаются с ошибками. Очень тревожно, особенно если число не падает.
- Uncorrectable Sector Count — нечитаемые/неисправимые. Тревожно.
То, что часто указывает на проблемы “по пути”
- UDMA CRC Error Count — ошибки по кабелю/контакту (часто решается заменой SATA-кабеля/переподключением, но игнорировать не стоит).
- Spin Retry Count — попытки повторного раскручивания. Если растёт — мотор/питание/механика.
- Temperature — перегрев ускоряет деградацию. Следи за адекватными температурами и обдувом.
Правило простое
- Если «опасные» значения не нулевые и растут — это повод делать бэкап прямо сейчас.
- Даже идеальный SMART не гарантирует бессмертие: диск может умереть внезапно. Поэтому бэкап важнее любых таблиц.
Mini-FAQ
Вопрос: Почему внутри есть фильтры, если диск закрыт?Ответ: Внутри должен быть газ, чтобы работала аэродинамика головок. Плюс в процессе работы появляются микрочастицы. Фильтры нужны, чтобы они не ушли под головки, а у air-дисков ещё и чтобы “дыхательный” канал не тянул мусор внутрь.
Вопрос: Что такое HAMR?
Ответ: Это запись с локальным нагревом участка поверхности (обычно лазером) перед записью — так можно повысить плотность.
Вопрос: Почему SMR может резко проседать по скорости?
Ответ: Из-за перекрытия дорожек: изменение малого блока может требовать чтения/перезаписи целой группы соседних областей.
Вопрос: Можно ли открыть HDD «просто посмотреть»?
Ответ: Я бы не советовал. В комнате почти гарантированно занесёшь частицы. Открывать имеет смысл только в чистой зоне и с пониманием, что это уже “точка невозврата”.
Вывод
HDD — это точная механика + магнитная запись, где стабильность держится на чистоте, позиционировании и электронике управления. Он всё ещё жив, потому что в цене за терабайт и больших объёмах ему сложно найти прямую замену. Но если диск важен — не играй в «ремонт на коленке»: лучше нормальный бэкап и проверка SMART, чем героизм с крышкой и тестами “до упора”.
Читайте также
Как выбрать жесткий диск (HDD) в 2025 - CMR vs SMR — если после «анатомии» хочется понять, какой HDD брать под архив/торренты/NAS и где SMR реально подставляет.- Как выбрать SSD в 2025: SATA, NVMe и почему Gen5 не нужен — чтобы не пытаться лечить “тормоза” HDD: под систему и софт в 2025 чаще нужен именно SSD, а HDD оставляем под объём.
- Из чего состоит компьютер в 2025 - мой гид по комплектующим — для общей картины: где накопители живут в сборке и что важнее (питание, охлаждение, совместимость), чтобы не смотреть на HDD в вакууме.
