ハードドライブ-あなたが知る必要があるすべて

主記憶装置としてのハードディスクの使用にはすでに番号が付けられています。 非常に高速なSSDの登場により、HDDはバックグラウンドに追いやられましたが、大容量ストレージに理想的であるため、それほど重要ではありません。 現在16 TBに達しているユニットで、60ユーロ強でPCに2 TBを搭載できますが、その価格でSSDである場合、私たちの多くはまだ手が届かないものです。

この記事では、 ハードドライブ 、その動作、特性、特にSSDと比較してそれらが常に提供する長所と短所について知っておく必要があるすべてのものをまとめます 。

ハードディスクの機能と内部コンポーネント

ハードディスクの名前は、英語のHard Disk DriveまたはHDDの頭字語に由来します。これは、私たち全員がこのストレージユニットを知っており、SSD（Solic Disk Drive）と区別する最も明確な方法でもあります。

ハードディスクの役割は、 私たちの機器 の プロビジョニング 、すべてのファイル、プログラムが格納される場所、およびオペレーティングシステムがインストールされる場所に他なりません。 このため、これはメインストレージとも呼ばれ、RAMメモリとは異なり、 電力がなくてもファイルを内部に保持します 。

SSDは完全に電子部品で構成され、NANDゲートで構成されるチップに情報を格納しますが 、 ハードドライブには機械部品があります。 それらでは、一連のディスクが高速で回転するため、 磁気ヘッドを使用してディスク上の情報が読み取られ、消去されます。 ハードドライブの一部である主な要素を見てみましょう。

料理

情報が保存される場所になります 。 それらは水平に設置され、各デッキは2つの面または磁気記録面で構成されます。 これらは通常金属製またはガラス製です。 それらに情報を格納するために、セルには正または負（1または0）に磁化できるセルがあります。 それらの仕上げは鏡のようなもので、膨大な量のデータが保存され、表面は完璧でなければなりません。

リーディングヘッド

2番目に重要な要素は読み取りヘッドです。 読み取りヘッドは、 各面または記録面に1つずつあります。 これらのヘッドは実際にはプレートと接触しないため、摩耗はありません。 皿が回転すると、空気の薄膜が作成され、皿と再生ヘッドの間のカウントが妨げられます（約3 nm離れています）。 これはSSDの主な利点の1つであり、そのセルは消去と書き込みによって劣化します。

エンジン

ハードドライブ内に多くの機械要素が存在することを確認しましたが、それを最もよく示しているのはモーターの存在です。 ファンを除いて、それはPCで唯一のそのようなアイテムであり、遅いハードドライブの主なソースです。 モーターはプレートを特定の速度で回転させます。最速の場合、5, 400 RPM、7, 200または10, 000 RPMになります。 その速度に到達するまで、ディスクを操作できなくなり、速度低下の大きな原因になります。

これに、読み取りヘッドをデータのある場所に移動するためのモーターまたは電磁石を追加します。 これには時間がかかり、もう1つの遅延の原因になります。

キャッシュ

少なくとも現在のユニットには、電子回路に組み込まれたメモリチップがあります。 これは、物理プレートからRAMメモリへの情報交換のブリッジとして機能します。 これは、物理情報へのアクセスを軽減する動的バッファのようなもので、通常は64 MBです。

カプセル化

SSDとは異なり、ほこりの単一の細片が入らないように内部を完全に加圧する必要があるため、カプセル化はHDDにとって非常に重要です。 プレートが非常に高速で回転し、ヘッドの針が数マイクロメートルしか測定しないことを考慮に入れましょう。 どんな小さな要素であっても、どんな小さな要素であっても、ユニットに不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。

接続

最後に、 SATA電源コネクタ ともう1つのデータ用 コネクタで構成されるパッケージの背面にすべての接続セットがあり ます 。 以前は、IDEハードドライブには、ドライブがバスを共有する場合に、動作モード、スレーブまたはマスターを選択するためのパネルもありましたが、現在、各ドライブはマザーボードの個別のポートに接続しています。

HDDのフォームおよびインターフェース要素

この意味では、 2つのフォームファクタしか見つからないため、現時点では情報は非常に簡潔です。 1つ目は、 3.5インチドライブと101.6 x 25.4 x 146 mmのサイズのデスクトップPCの標準です。 2つ目は、69.8 x 9.5 x 100mmの2.5インチノートブックドライブで使用されるフォームファクターです。

接続テクノロジーについては、現在HDDに必要な数は2つです。

SATA

これは、 現在のPCのHDDにおける IDEに代わる通信規格です。 この場合、データを送信するために、パラレルの代わりにAHCIプロトコルを使用するシリアルバスが使用されます。 従来のIDEよりもかなり高速で、 最大転送速度は600 MB /秒で効率的です。 さらに、デバイスのホット接続が可能で、バスがはるかに小さく管理しやすくなっています。 いずれにせよ、 現在の機械式ハードディスクは読み取りで最大400 MB /秒にしか到達できませんが、 SATA SSDはこのバスを最大限に活用します。

SAS

これはSCSIインターフェースの進化であり、 SATAのようにシリアルに動作するバスですが、SCSIタイプのコマンドは引き続きハードドライブとの対話に使用されます。 その特性の1つは、同じバス上で複数のデバイスを接続することが可能であり、各デバイスに一定の転送速度を提供できることです。 16台を超えるデバイスを接続でき、SATAディスクと同じ接続インターフェイスを備えているため、サーバーにRAID構成をマウントするのに最適です。

その速度はSATA未満ですが、重要な機能は、SASコントローラーはSATAディスクと通信できますが、SATAコントローラーはSASディスクと通信できないことです。

ハードディスクの物理的、論理的、機能的な部分

内部の基本的な部分はすでに見てきましたが、これが実際にどのように機能するかを理解するためのほんの始まりにすぎません。 また、これらのハードドライブについてすべてを知りたい場合は、このセクションが最も重要です。これは、ハードドライブの動作を決定するものであり、次の2つの方法で実行できます。

CHS（シリンダー-ヘッド-セクター）：このシステムは最初のハードドライブで使用されていたものですが、次のものに置き換えられました。 これらの3つの値を使用して、データが配置されている場所に読み取りヘッドを配置できます。 このシステムは理解しやすかったが、かなり長い位置決め方向を必要とした。

LBA（ブロック単位の論理アドレス指定）：現在使用されているものです。この場合、ハードディスクをセクターに分割し、スピンドルを配置する必要があるメモリアドレスであるかのように、それぞれに一意の番号を割り当てます。 この場合、 命令文字列はより短く効率的であり、システムによってディスクにインデックスを付けることができます。

皿の物理的構造

ハードドライブの物理的な構造がどのように分割されているかを見てみましょう。それがどのように機能するかを決定します。

• トラック：トラックは、ディスクの記録面を形成する同心リングです。 円柱 ：円柱は、各プレートと面に垂直に配置されたすべてのトラックによって形成されます。 物理的なものではなく、架空の円柱です。 セクター ：各トラックはセクターと呼ばれるアーチの断片に分割されます。 各セクターにはデータが保存され、そのうちの1つが不完全なままである場合、次のデータは次のセクターに入ります。 ZBR （ビットゾーンレコーディング）テクノロジーのセクターサイズは、スペースを最適化するために、屋内から屋外までさまざまです。 通常は4KBですが、オペレーティングシステムから変更することもできます。 クラスター ：セクターのグループです。 各ファイルは特定の数のクラスターを占有し、 他のファイルは特定のクラスターに格納できません 。

ハードディスクの論理構造

面白いことに、SSDのハードドライブの論理構造は、動作が異なっていても維持されています。

ブートセクター（MBRまたはGPT）

マスターブートレコードまたはMBRは、ハードディスクの最初のセクター、 トラック0、シリンダー0、セクター1です。 ここには、ハードディスク全体のパーティションテーブルが保存され、それらの最初と最後をマークします。 ブートローダーも格納され、システムまたはオペレーティングシステムがインストールされているアクティブパーティションが収集されます。 現在、ほとんどすべてのケースでGPTパーティションスタイルに置き換えられています。これについては、 後で詳しく説明します。

パーティション

各パーティションは、ハードドライブを特定の数のシリンダーに分割し、それらをシリンダーに割り当てるサイズにすることができます。 この情報は、パーティションテーブルに格納されます。 現在、ダイナミックハードドライブとともに論理パーティションの概念があり、2つの異なるハードドライブを結合することもでき、システムの観点からは1つとして機能します。

MBRとGPTの違い

現在、HDDまたはSSDで使用できるパーティションテーブルには、 MBRタイプのタイプとGPT （Global Unique Identifier） タイプのタイプの2つのタイプがあります。 GPTパーティションスタイルは、コンピューターの古いBIOSシステムに取って代わるEFIまたは拡張ファームウェアインターフェイスシステム用に実装されました。 そのため、BIOSはMBRを使用してハードドライブを管理しますが、GPTはUEFIの専用システムになることを目指しています。 何よりも、 このシステムは各パーティションに一意のGUIDを割り当てます。 これはMACアドレスのようなものであり、アロケータは非常に長いため、世界中のすべてのパーティションに一意の名前を付けることができ、 実質的に物理的な制限がなくなりますパーティションの観点からハードドライブから 。

これは、MBRとの最初で最も明白な違いです。 このシステムでは 、最大2 TBのハードディスク上に4つのプライマリパーティションを作成することしかできませんが 、GPTでは、それらを作成するための理論的な制限はありません 。 この制限を何らかの形で行うのはオペレーティングシステムであり、Windowsは現在128のプライマリパーティションをサポートしています。

2つ目の違いは、 開始システムにあります。 GPTを使用すると、UEFI BIOS自体が独自のブートシステムを作成し、起動するたびにディスクの内容を動的に検出できます。 これにより、ハードドライブを別の論理ディストリビューションの別のものに変更した場合でも、コンピューターを完全に起動できます。 代わりに、MBRまたは古いBIOSには、アクティブパーティションを識別して起動を開始できる実行可能ファイルが必要です。

幸いなことに、 現在のほとんどすべてのHDDおよびSSDハードドライブにはGPTパーティションシステムがあらかじめ設定されており、いずれにしても、システム自体から、またはDiskpartのコマンドモードで、Windowsをインストールする前にこのシステムを変更できます。

ハードドライブ上のファイルシステム

ハードディスクの操作を完了するには、 使用されている主なファイルシステムを知る必要があります 。 それらはユーザーの基本的な部分であり、ストレージの可能性です。

• FAT32 ExFAT NTFS HFS + EXT ReFS

現在のストレージシステムでは実質的に役に立たないFATシステムの存在を無視すると、FAT32はその前身です。 このシステムでは、32ビットアドレスをクラスターに割り当てることができるため、理論的には8 TBのストレージサイズをサポートします 。 実際には、 Windowsはこの容量を128 GBに制限し、ファイルサイズは4 GB以下であるため、小さなUSBストレージドライブのみが使用するシステムです。

FAT32の制限を克服するために、Windowsは最大16 EB （エクサバイト）の理論ファイルサイズと64 ZB （ゼッタバイト）の理論ストレージサイズをサポートするexFATシステムを作成しました

このシステムは、Windows がシステムをインストールし、ハードディスク上のファイルを管理するために使用するシステムです。 現在、最大ボリュームサイズとして16TB、256TBファイルをサポートしており、フォーマット用に異なるクラスターサイズを構成できます。 これはボリューム構成に多くのスペースを使用するシステムであるため、10 GBを超えるパーティションサイズをお勧めします。

これはApple独自のファイルシステムであり、より大きなファイルとより大きなボリュームのサポートを追加することにより、従来のHFSを置き換えます。 これらのサイズは最大8 EBです。

現在、 Linux独自のファイルシステム （現在はEXT4バージョン）を扱っています 。 サポートされるファイルサイズは最大16TBで、ボリュームサイズは1 EBです。

最後に、 ReFSはMicrosoftが特許を取得したもう1つのシステムで、NTFSの進化を目指しています。 これはWindows Server 2012で実装されましたが、現在、ビジネスディストリビューション用の一部のWindows 10はこれをサポートしています。 このシステムは多くの点でNTFSを改善します。たとえば、データの劣化に対する保護、修正と障害、冗長性、RAIDサポート、データ整合性の検証、またはchkdskの削除を実装します。 16 EBのファイルサイズと1 YB（ヨッタバイト）のボリュームサイズをサポート

RAIDとは

また、ファイルシステムの概念と密接に関連しているのがRAID構成です。 実際、ストレージ容量にすでにRAID 0構成を備えたラップトップまたはPCがあります 。

RAIDはRedundant Array of Independent Disksの略で、複数のストレージユニットを使用するデータストレージシステムです。 それらでは、データが単一のユニットであるかのように分散されるか、障害に対するデータの整合性を保証するために複製されます。 これらのストレージユニットは、HDDまたはメカニカルハードドライブ、SSDまたはソリッドステートドライブ、さらにはM.2のいずれかです。

現在、多数のRAIDレベルがあり 、これらのハードドライブの構成と関連付けはさまざまな方法で行われています。 たとえば、 RAID 0は2つ以上のディスクを1つに結合して、すべてのディスクにデータを分散します。 これは、システム内のハードドライブを1つだけ表示してストレージを拡張するのに理想的です。たとえば、2つの1TB HDDで1つの2TBを形成できます。 一方、 RAID 1は正反対で、 2つ以上のミラーリングされたディスクを使用して、それぞれのディスクにデータが複製される構成です。

SSDと比較したHDDの長所と短所

最後に、 メカニカルハードドライブとソリッドステートドライブの主な違いを要約して説明します。 このために、これらのすべての要素が詳細に説明されている記事がすでにあるので、ここでは簡単な合成のみを行います。

卓越した利点

• 容量：これはSSDに比べてハードドライブが持つ主な利点の1つです。SSDが小さいからというだけではなく、コストが大幅に上昇するためです。 HDDはSSDよりも低速であり、最速のドライブでは400MB /秒であるのに対し、最速のドライブでは5000MB /秒ですが、ドライブあたりのストレージ容量はデータウェアハウスとしての使用に最適です。 現在、最大16 TBの3.5インチHDDドライブがあります。 GBあたりの低コスト：その結果、上記から、 GBあたりのコストはSSDに比べてHDDの方がはるかに低いため、はるかに大きなユニットを低価格で購入できます。 2 TBのハードドライブは約60ユーロの価格で見つかりますが、2 TBのM.2 SSDは少なくとも220ユーロ以上です。 保存性： HDDの3番目の利点は、プラッターの保存性です。 その耐久性と耐性は言うまでもありませんが、機械的なハードドライブでは事実上無制限の、セルの書き込みと消去が可能な回数に注意してください。 SSDでは、数は数千に制限されているため、データベースやサーバーにとって魅力的なオプションではありません。

短所

• それらは非常に遅いです：SSDの出現により、機械式ハードドライブはUSB 3.1以下でもコンピューターで最も遅いデバイスになりました 。 これにより、オペレーティングシステムをインストールするためのほぼ使い捨てのオプションになり、高速のコンピューターが本当に必要な場合にのみデータが送信されます。 SSDの40〜50倍の速度で HDを配置する数値について話していますが、それはナンセンスではありません。 物理的なサイズとノイズ ：機械的でプラッタがあるため、サイズは22×80mmのM.2 SSDに比べてかなり大きくなります。 同様に、モーターヘッドとメカニカルヘッドを使用すると、特にファイルが断片化されている場合、非常にうるさくなります。 断片化 ：トラックに分散すると、時間の経過とともにデータがより断片化されます。 言い換えると、ディスクは消去時に空のままにされていたセクターを埋めるので、ファイル全体を読み取るには読み取りヘッドが何度もジャンプする必要があります。 電子メモリのメモリであるSSDでは、RAMメモリと同じように、それらすべてが同じ速度でアクセスでき、この問題は存在しません。

ハードドライブに関する結論

このようにして、 機械式ハードドライブのトピックを詳細に説明する記事の最後に到達します。 間違いなくそれらは、少なくとも大多数のユーザーにとって、2 TBのSSDさえ市場に出すことで、ややマイナーな役割を果たす要素です。 しかし、それらは大容量ストレージの主な選択肢です 。それは、それほど高速ではなく、多くのスペースが必要だからです。

512 GBまたは256 GBのSSDが1つあり、4Kの映画を保存したり、ゲームをインストールしたり、コンテンツの作成者である場合はどうなるでしょうか。 SSDで20 TBを使用すると約600ユーロの費用がかかりますが 、SSDに大金を費やす必要がありますが、速度が必要な場合、SSD SATAでそれを行うと約2000ユーロかかる可能性があります 。

ここでは、情報を補足するのに役立つ記事と、ガイドについて説明します。

PCにはハードドライブがいくつありますか。 SSDとHDDを使用していますか？