Сколько головок чтения/записи используется в накопителе

Процитировать эту статью
Выберите стиль ниже и скопируйте текст для своей библиографии.

ИЗУЧЕНИЕ ЖЕСТКОГО ДИСКА

Курс №: ME371

Инструктор: д-р А. Мукерджи
д-р. М. К. Муджу

Прислал: Навин Тевари
Амит Сингх
Субхаш
Ракеш Кумар

Рис. 2. На этом рисунке показан жесткий диск с двумя пластинами (или дисками). Данные могут храниться на обеих сторонах диска. Таким образом, имеется четыре головки чтения/записи. Здесь также можно увидеть механизм движения головы.

Носитель данных в системе с магнитными дисками состоит из одного или нескольких дисков, уложенных друг на друга. На каждый диск, обычно с обеих сторон, наносится тонкая магнитная пленка. Диски установлены на поворотном приводе так, что намагниченные поверхности перемещаются в непосредственной близости от головки.

Цифровая информация может быть сохранена на магнитной пленке путем подачи импульсов тока подходящей полярности на намагничивающие катушки. Это вызывает намагничивание пленки непосредственно под головкой.

Тот же метод используется для чтения информации. Изменение магнитного поля вблизи головы индуцирует напряжение в катушке, которое служит сигналом для схемы управления.

Разработано несколько различных методов кодирования данных на магнитных дисках. Один из таких распространенных методов известен как манчестерское кодирование. В этой схеме изменения намагниченности происходят для каждого бита данных.

Рис. 3. На этом рисунке показано взаимодействие головки с диском, а также механизм, который перемещает эти головки.

Как видно на рис. 3, головки поддерживаются на очень-очень небольшом расстоянии от поверхности движущегося диска для достижения ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ БИТОВ. Расстояние между диском и головкой порядка нескольких микрон.

Когда диски движутся с постоянной скоростью, давление воздуха возникает между поверхностью дисков и головкой и отталкивает головку от поверхности. Этой силе противодействует подпружиненное крепление головки, позволяющее прижимать ее к поверхности. Это расстояние крайне важно. Если случайно головка коснется поверхности диска, жесткий диск испортится.

Очень интересно разработан механизм перемещения головки по поверхности диска. Он имеет две полосы, опоясывающие вращающийся вал и закрепленные в противоположных углах. Этот механизм имеет положительный привод во все моменты времени. Здесь избегают использования фрикционного механизма, так как это потребует большей мощности, а фрикционные зубья также будут медленно изнашиваться. Организация и доступ к данным на диске

Неважно, как вы это называете; жесткий диск, жесткий диск, жесткий диск, жесткий диск, это все одно и то же.В компьютере очень мало таких сложных компонентов, как жесткий диск. Это все, что касается наших компьютеров. Без них наши компьютеры были бы безжизненными и пустыми. Но жесткие диски — это душа наших современных компьютеров. Жесткие диски хранят нашу жизнь, наши воспоминания, наш бизнес… все. Жесткие диски составляют большую часть наших работ по восстановлению данных. Так как же работает жесткий диск? Вы можете поговорить со многими компаниями по восстановлению данных, но очень немногие смогут точно описать, что делает жесткий диск и как он работает.

Основные сведения о жестком диске

Наши данные сохраняются на жестком диске в самой простой форме, известной как двоичные числа. Двоичные цифры также известны как биты. Бит либо «включен», либо «выключен». Мы видим это в цифровом формате как 1 и 0. Но как эти 1 и 0 записываются на жесткий диск?

Короче говоря, биты записываются на жесткий диск головкой. Головка на самом деле называется головкой чтения-записи, потому что она используется либо для записи данных, либо для чтения данных. Голова представляет собой электромагнит. Электромагниты состоят из куска металла, окруженного катушкой проволоки. Электрический ток проходит через катушку провода и создает магнитное поле. Затем это магнитное поле намагничивает любые биты, которые должны быть 1, и пропускает биты, которые должны быть 0. Таким образом, у вас есть головки чтения-записи, которые либо считывают диск, просто измеряя магнитную поляризацию (расшифровывая, является ли бит 1 или 0), либо записывают данные, изменяя магнитную поляризацию в определенных областях диска.

Ключевые компоненты жесткого диска

Страшно даже подумать, насколько опасны жесткие диски. Их конструкция и принцип работы очень точны, но подумайте об окружающей среде, в которой мы их используем. Хотя в большинстве случаев они могут просто сидеть на вашем настольном компьютере или сервере, гудя каждый день, они также встречаются во многих портативных устройствах. Их переносят, роняют, иногда сбивают с ног, и большинство из них продолжают работать. Тем не менее, когда вы действительно думаете о том, насколько сложными… насколько они хрупкими, вы, вероятно, относитесь к этому как к новорожденному ребенку.

С самого начала жесткие диски состояли примерно из одних и тех же компонентов. Возможно, с годами дизайн улучшился, но у вас все еще есть основная группа деталей, которые функционируют практически так же, как и всегда.

• Пластина — настоящий "диск". Часть вашего диска, на которой хранятся данные.
• Головки для чтения и записи — в значительной степени не требует пояснений. Головки чтения-записи, чтение и запись данных на пластину
• Активатор — управляет движением головок чтения-записи, когда они перемещаются по пластине.
• Шпиндель – ступица, на которой крепятся пластины.
• PCB (печатная плата). Место, где вы подключаете кабели питания и интерфейсные кабели. Плата также хранит данные, характерные для вашего жесткого диска, обеспечивает некоторую защиту от скачков напряжения и регулирует другие функции внутри диска.

Когда вы смотрите на внутренние компоненты жесткого диска, он похож на проигрыватель. У вас есть пластины, похожие на пластинки… и у вас есть головки чтения-записи, похожие на иглу. Головки считывают и записывают данные на поверхность диска.

Опорные пластины, представляющие собой вращающиеся диски внутри жесткого диска, жесткие и обычно изготавливаются из алюминия, керамики или стекла. Именно потому, что диски являются жесткими, жесткие диски называются «жесткими», в отличие от гибких дисков, которые использовали гибкие диски для хранения данных. Данные могут храниться на обеих сторонах пластины, и в большинстве случаев жесткий диск будет иметь несколько пластин, прикрепленных к одному шпинделю. Каждая поверхность пластины имеет собственную выделенную головку чтения-записи. Таким образом, жесткий диск с 3 пластинами, скорее всего, будет иметь 6 головок. Это не всегда так, но чаще всего так и есть.

Головки чтения-записи устанавливаются на самом конце одного рычага привода. Самый кончик узла головки состоит из головок чтения-записи и так называемого ползунка. Прежде чем мы перейдем к функциям ползунка, важно отметить важный факт о жестких дисках. Головки вообще не касаются пластин при нормальной работе. Они фактически плавают на воздушной подушке, которую называют воздушным подшипником. Когда пластины вращаются под головками, они создают положительное давление воздуха, и ползунок действует почти как крыло самолета.Давление воздуха, действующее на ползунок, поднимает головки, и они плавают прямо над поверхностью диска. В современных жестких дисках расстояние между головкой и вращающимся диском при нормальной рабочей скорости обычно составляет менее 5 нанометров… этот зазор также называется высотой полета.

Рычаг привода перемещается вперед и назад, позволяя головкам перемещаться по поверхности диска в нужное место. Рычаг привода и, следовательно, движение головок управляются приводом. В старых жестких дисках это был просто шаговый двигатель, но в большинстве дисков, выпущенных за последние 10 с лишним лет, используется привод звуковой катушки. Эта звуковая катушка окружена неподвижными магнитными поверхностями выше и ниже основания рычага привода. Привод звуковой катушки по сути представляет собой электромагнит. Величина тока, проходящего через звуковую катушку, определяет направление вращения рычага привода по отношению к окружающим его магнитам.

Чтение и запись данных на пластины

Головки чтения-записи жесткого диска записывают данные на пластины, изменяя поляризацию верхнего слоя поверхности пластины. Этот верхний слой состоит из очень тонкого ферромагнитного покрытия. Просто сказать, что покрытие тонкое, не совсем правильно. Покрытие имеет толщину всего около 10-20 нанометров. Насколько это тонко? Ну, если вы хотите сравнить, лист бумаги обычно имеет толщину от 70 000 до 180 000 нанометров. Вот где вещи действительно ошеломляют и пугают, когда вы думаете об этом, и вот почему…

1. Тонкое ферромагнитное покрытие очень тонкое и подвержено значительным повреждениям даже при самом минимальном контакте.
2. Покрытие содержит ваши данные… оно содержит магнитные переключатели 1 и 0, из которых состоят ваши фотографии, ваши документы, во многих случаях ваша жизнь.
3. Головки чтения-записи плавают на воздушной подушке, а высота полета в новых накопителях обычно составляет менее 5 нанометров над поверхностью пластины.
4. Если вы пропустили это… головки плавают менее чем в 5 нанометрах над поверхностью диска!
5. Что касается пунктов 3 и 4, то одна нить ДНК имеет ширину 2,5 нанометра… одна бактерия имеет длину 2500 нанометров… прядь волос имеет ширину 80 000 нанометров.
6. Воздушный зазор между головками и диском настолько мал, что одиночной нити ДНК было бы трудно пройти через него.

Вы начинаете понимать, насколько малы эти зазоры? Когда мы говорим о ремонте жестких дисков и о необходимости чистых помещений, вот почему это так важно. Чистое помещение класса 100 достаточно для работы с жесткими дисками, но любое меньшее помещение может вызвать серьезные проблемы. Когда мы получаем открытые жесткие диски, в попытках восстановить сами данные загрязнение пластины обычно сильное. Большинство людей даже не осознают, насколько катастрофическим может быть один отпечаток пальца. Напомним, что воздушный зазор между головками и пластинами обычно составляет менее 5 нанометров в новых жестких дисках. Знаете ли вы, что один отпечаток пальца имеет толщину более 12 000 нанометров?

Кроме того, пока мы говорим о попытках самостоятельного восстановления данных… давайте кратко поговорим о замораживании жесткого диска для восстановления данных. Это старый миф, который часто рекомендуют в качестве решения. Чего вы, возможно, не знаете, так это того, что иней может образовываться на поверхности тарелки. Эти крошечные микроскопические кристаллы льда все еще превышают 30 000 нанометров в высоту. Представьте, что воздушный зазор между головками и диском — это типичная эстакада на шоссе. А теперь представьте, что вы пытаетесь поместить Эверест под эту эстакаду. Это то, на что это похоже, когда вы замораживаете свой диск. Мы не упоминаем об этом, чтобы напугать вас и заставить пользоваться нашими услугами, мы делаем это, чтобы объяснить, почему делать то, что так часто рекомендуют, — плохая идея. И замораживание жесткого диска никогда не восстанавливало поврежденный набор головок. Диск, который работает после того, как его поместили в морозильную камеру, имел совершенно другую неисправность.

Если приведенные выше пункты не дают вам четкого представления о сложности жесткого диска, давайте рассмотрим его в реальном масштабе. Когда головки плавают над поверхностью диска, они могут перемещаться вперед и назад с точными движениями с невероятной скоростью, чтобы считывать или записывать данные в определенные области диска.Если бы вы увеличили это, представьте себе истребитель, летящий со скоростью более 5 Маха (почти 4000 миль в час) на расстоянии менее 1 дюйма от земли и способный остановиться на любой травинке. Вот насколько точны жесткие диски.

Данные записываются на пластину посредством передачи электромагнитного потока. Это доставляется через головки чтения-записи. Когда головки проходят по поверхности вращающегося диска, поляризация магнитного покрытия изменяется из-за потока, проходящего через головку чтения-записи. В каком-то смысле это прерывает магнитный импульс в определенных местах. Данные считываются, когда головка проходит по вращающемуся диску. Различия в магнетизме обнаруживаются головкой, и это генерирует ток, который затем интерпретируется как двоичная единица или 0.

Диски большой емкости

Не так давно считалось, что емкость жесткого диска навсегда будет ограничена 3 ТБ из-за физических ограничений. Этот барьер был эффективно устранен с помощью дисков емкостью более 3 ТБ. Проблема с емкостью заключается в плотности данных. Чем больше данных вы сможете втиснуть на одну поверхность диска, тем больше будет общий диск. Несколько лет назад компания Seagate объявила, что планирует выпустить жесткие диски емкостью 60 ТБ к 2019 году. На момент написания этой статьи компания HGST, принадлежащая Western Digital, выпустила жесткие диски емкостью 10 ТБ, заполненные гелием.

Так как же им удается достигать таких больших объемов, если совсем недавно пределом были 3 ТБ? Способы записи и хранения данных на пластинах постоянно совершенствуются. Ожидается, что физический размер дисков не изменится, но количество данных, которые они могут поместить на диск (часто называемое плотностью данных), становится все меньше и меньше.

Методы записи также меняются. За последние несколько лет способ записи данных на пластины жестких дисков изменился. Раньше это было с жесткими дисками старого типа, данные записывались на пластину продольно, но, начиная с 2005 года, они начали переключаться на запись перпендикулярно. Это позволило увеличить количество бит/больше данных на квадратный дюйм пластины.

Теперь произошли еще большие прорывы в том, как данные записываются на пластины. Производители накопителей начинают использовать магнитную запись с нагреванием — HAMR, которая использует лазеры для нагрева поверхности перед записью данных. В этих методах хранения будет использоваться сплав железа и платины, который чрезвычайно стабилен. Технология HAMR позволила Seagate достичь плотности данных 1 ТБ на квадратный дюйм.

Дополнительная информация

Разборка жесткого диска

Это хорошее видео, показывающее поломку жесткого диска и принцип его работы.

Письменное резюме ниже…

Домашний компьютер — это мощный инструмент, но он должен надежно хранить данные, иначе он будет бессмысленным, не так ли? Давайте заглянем внутрь и посмотрим, как он хранит данные. Посмотри на это. Это чудесно. Это обычный жесткий диск, но детали у него, конечно, необыкновенные. Теперь я уверен, что вы знаете суть жесткого диска. Мы храним на нем данные в бинарном виде — единицы и нули. Теперь эта рука поддерживает «голову», которая представляет собой электромагнит, который сканирует диск и либо записывает данные, изменяя намагниченность определенных участков на диске, либо просто считывает данные, измеряя магнитную поляризацию.

Теперь, в принципе, довольно просто, но на практике много сложной инженерии. Основное внимание уделяется уверенности в том, что головка может точно и безошибочно читать и записывать на диск. Первым делом нужно переместить его с большим контролем. Для позиционирования руки инженеры используют «привод звуковой катушки».

Основание руки находится между двумя мощными магнитами. Они настолько сильны, что их действительно трудно разорвать. Там. Рука движется под действием силы Лоренца. Пропустить ток через провод, находящийся в магнитном поле, и на провод действует сила; меняет ток, и сила тоже меняет направление. Когда ток в катушке течет в одном направлении, сила, создаваемая постоянным магнитом, заставляет плечо двигаться в этом направлении, меняет направление тока и оно движется назад.
Сила, действующая на руку, прямо пропорциональна току через катушку, что позволяет точно настроить положение руки.

В отличие от механической системы соединений износ минимален и она нечувствительна к температуре. На конце руки находится самый важный компонент: голова. В простейшем случае это кусок ферромагнитного материала, обмотанного проволокой. Когда он проходит над намагниченными участками пластины, он измеряет изменения направления магнитных полюсов. Вспомните закон Фарадея: изменение намагниченности создает напряжение в соседней катушке. Таким образом, когда головка проходит участок с измененной полярностью, она регистрирует всплеск напряжения.

Выбросы — как отрицательные, так и положительные — представляют собой «единицу», а отсутствие всплеска напряжения соответствует «нулю».Головка поразительно близко подходит к поверхности диска на 100 нанометров в старых накопителях, но сегодня меньше десяти нанометров в новейших. По мере того, как головка приближается к диску, ее магнитное поле покрывает меньшую площадь, что позволяет упаковывать больше секторов информации на поверхность диска.

Чтобы сохранить эту критическую высоту, инженеры используют оригинальный метод. Они «плавают» головкой над диском. Видите ли, когда диск вращается, он образует пограничный слой воздуха, который проносится мимо неподвижной головы со скоростью 80 миль в час на внешнем краю. Голова двигается на «ползунке», аэродинамически спроектированном так, чтобы парить над диском. Гениальность этой воздушно-подшипниковой технологии заключается в ее автоматической регулировке. Если какие-либо помехи заставят ползунок подняться слишком высоко, он «поплывет» обратно туда, где должен быть.

Теперь, поскольку головка находится так близко к поверхности диска, любые посторонние частицы могут повредить диск, что приведет к потере данных. Итак, инженеры разместили этот рециркуляционный фильтр в воздушном потоке; он удаляет мелкие частицы, соскобленные с пластины.
Для того, чтобы головка летела на нужной высоте, диск сделан невероятно гладким. Обычно эта пластина настолько гладкая, что имеет шероховатость поверхности около одного нанометра. Чтобы дать вам представление о том, насколько это гладко, давайте представим, что этот участок увеличен до размеров футбольного поля — американского или международного — средняя «выпуклость» на поверхности будет составлять около трех сотых дюйма.

Ключевым элементом пластины является магнитный слой, представляющий собой кобальт, возможно, с примесью платины и никеля. Теперь эта смесь металлов обладает высокой коэрцитивной силой, что означает, что она будет поддерживать эту намагниченность и, следовательно, данные до тех пор, пока подвергается воздействию другого мощного магнитного поля.

И последнее, что я нахожу чрезвычайно умным. Используя немного математики, можно сжать на сорок процентов больше информации на диске. Рассмотрим эту последовательность магнитных полюсов на поверхности диска — 0-1-0-1-1-1. Сканирование головы выявило бы эти отчетливые скачки напряжения — как положительные, так и отрицательные для «единиц». Мы могли бы легко отличить его, скажем, от этой похожей последовательности. Если мы сравним их, они явно различаются.

Однако инженеры всегда работают над тем, чтобы записать все больше и больше данных на жесткий диск. Один из способов сделать это — уменьшить магнитные домены, но посмотрите, что происходит с пиками напряжения, когда мы это делаем. Для каждой последовательности пики единиц теперь перекрываются и накладываются друг на друга, давая «нечеткие» сигналы. На самом деле, две последовательности теперь выглядят очень похожими. С помощью техники, называемой частичной реакцией и максимальным правдоподобием, инженеры разработали сложные коды, которые могут принимать такой нечеткий сигнал, генерировать возможные последовательности, которые могли бы его составить, а затем выбирать наиболее вероятные.

Как и любая успешная технология, эти жесткие диски остаются незамеченными в нашей повседневной жизни, если только что-то не пойдет не так.

Это магнит. Это электрический. Он фотонный. Нет, речь пойдет не о новом трио супергероев во вселенной Marvel. Это все о наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно хранить его в безопасном и стабильном месте таким образом, чтобы мы могли получить его и изменить быстрее, чем вы успеете моргнуть. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о накопителях!

Итак, давайте подготовимся к театру, начисто вымоем руки и углубимся в анатомию того, что мы используем сегодня, чтобы хранить триллионы цифровых битов.

Мы разделили Анатомию накопителя на три части, опубликованные одновременно, чтобы проанализировать жесткие диски, твердотельные накопители и оптические приводы. Перейдите по ссылкам ниже, чтобы прочитать их все вместе с нашей предыдущей опубликованной работой над этой серией.

Серия изданий TechSpot "Анатомия компьютерного оборудования"

У вас может быть настольный ПК на работе, в школе или дома. Вы можете использовать его, чтобы работать с налоговыми декларациями или играть в новейшие игры; вы можете даже заниматься сборкой и настройкой компьютеров. Но насколько хорошо вы знаете компоненты, из которых состоит ПК?

Ты меня крутишь, детка

Начнем изучение накопителей с тех, которые используют магнетизм для хранения цифровых данных. Механический жесткий диск (HDD) уже более 30 лет является стандартной системой хранения данных для ПК по всему миру, но технология, стоящая за всем этим, намного старше.

IBM выпустила первый коммерчески доступный жесткий диск в 1956 году, всего 3,75 МБ. И вообще, общая структура за это время не сильно изменилась. Есть еще диски, которые используют магнетизм для хранения данных, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Что изменилось, и очень сильно, так это объем данных, которые можно хранить на них.

В 1987 году жесткий диск емкостью 20 МБ можно было купить примерно за 350 долларов США. сегодня за такие деньги вы получите 14 ТБ дискового пространства: в 700 000 раз больше места.

Мы собираемся разобрать кое-что не совсем такого размера, но все еще довольно приличное на сегодняшний день: 3,5-дюймовый жесткий диск Seagate Barracuda емкостью 3 ТБ, а именно модель ST3000DM001, печально известную своей высокой частотой отказов и последующими судебными исками. тоже мертв, так что на самом деле это скорее вскрытие, чем урок анатомии.

Большая часть жесткого диска выполнена из литого металла. Силы внутри устройства при интенсивном использовании могут быть довольно серьезными, поэтому использование толстого металла предотвращает изгибание и вибрацию корпуса. Даже в крошечных 1,8-дюймовых жестких дисках используется металл для корпуса, хотя они, как правило, изготавливаются из алюминия, а не из стали, поскольку они максимально легкие.

Перевернув диск, мы увидим печатную плату и кучу разъемов. Один в верхней части платы предназначен для двигателя, который вращает диски, тогда как нижние три слева направо являются перемычками, позволяющими настроить диск для определенных настроек, данных SATA (Serial ATA) и SATA. мощность.

Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных ПК это стандартная система, используемая для подключения дисков к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество изменений с тех пор, и в настоящее время мы работаем с версией 3.4. Наш труп жесткого диска, однако, является более старой версией, но это влияет только на один контакт в разъеме питания.

Подключения данных используют так называемую дифференциальную сигнализацию для отправки и получения данных: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных на жесткий диск, тогда как контакты B используются для получать эти сигналы. Использование таких спаренных проводов значительно снижает влияние электрических помех на сигнал, а значит, его можно передавать быстрее.

Что касается питания, то вы можете видеть, что на каждое напряжение приходится по два (+3,3, +5 и +12 В); однако большинство из них не используются, поскольку жесткие диски не требуют большой мощности. Эта конкретная модель Seagate потребляет менее 10 Вт при большой нагрузке. Контакты питания, помеченные как PC, предназначены для предварительной зарядки: они позволяют извлекать и вставлять жесткий диск, когда компьютер все еще включен (так называемая горячая замена).

Контакт PWDIS позволяет удаленно сбрасывать настройки жесткого диска, но это поддерживается только SATA версии 3.3; так что в нашем приводе это просто еще одна линия +3,3 В. И последний вывод, который нужно закрыть, тот, что помечен как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жесткий диск ступенчатое вращение.

Диски внутри устройства, которые мы увидим через несколько секунд, должны быть раскручены до полной скорости, прежде чем компьютер сможет их использовать, но если в машине было много жестких дисков, внезапная одновременная потребность для питания может нарушить систему. Пошаговое вращение помогает предотвратить возникновение таких проблем, но это означает, что вам придется подождать еще несколько секунд, прежде чем вы сможете начать крутить жесткий диск.

Снятие печатной платы показывает, как печатная плата соединяется с компонентами внутри привода. Жесткие диски негерметичны, за исключением дисков сверхбольшой емкости — в них вместо воздуха используется гелий, так как он гораздо менее плотный и создает меньше проблем для накопителей с большим количеством дисков. Но вы также не хотите, чтобы они открыто подвергались воздействию окружающей среды.

Использование подобных разъемов помогает свести к минимуму количество точек входа, через которые грязь и пыль могут попасть в накопитель; в металлическом корпусе есть отверстие — внизу слева на изображении выше (большая белая точка) — чтобы давление воздуха оставалось относительно комнатным.

Теперь, когда печатная плата отключена, давайте посмотрим, что здесь находится. Есть 4 основных фишки, на которых стоит сосредоточиться:

• LSI B64002: основная микросхема контроллера, которая обрабатывает инструкции, входящие и исходящие потоки данных, исправление ошибок и т. д.
• Samsung K4T51163QJ: 64 МБ памяти DDR2 SDRAM с тактовой частотой 800 МГц, используемой для кэширования данных.
• Smooth MCKXL: управляет двигателем, вращающим диски.
• Winbond 25Q40BWS05: 500 КБ последовательной флэш-памяти, используемой для хранения прошивки накопителя (немного похожей на BIOS ПК)

Если говорить о компонентах на печатной плате, между широким ассортиментом жестких дисков практически нет различий. Больший объем хранилища требует большего объема кэш-памяти (на последних монстрах можно найти до 256 МБ памяти DDR3), а чип основного контроллера может быть немного сложнее в плане обработки ошибок, но в нем не так уж много.

Открыть привод достаточно просто, просто отвинтите несколько штуцеров Torx и вуаля! Мы в деле.

Учитывая, что он занимает большую часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг, поэтому нетрудно понять, почему они называются дисками. Их правильное название — тарелка, и они сделаны из стекла или алюминия, покрытых несколькими слоями различных составов. Этот накопитель емкостью 3 ТБ имеет три пластины, поэтому каждая из них должна хранить по 500 ГБ с каждой стороны.

Изображение этих пыльных, волосатых тарелок не отражает инженерной и производственной точности, необходимой для их производства. В нашем примере с жестким диском сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но он отполирован до такой степени, что средняя высота вариаций поверхности составляет менее 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).

На металл нанесен базовый слой толщиной всего 0,0004 дюйма (10 микрон), состоящий из нескольких слоев компаундов. Это делается с помощью химического осаждения, а затем осаждения из паровой фазы, что подготавливает диск для важного магнитного материала, который используется для хранения цифровых данных.

Этот материал обычно представляет собой сложный сплав кобальта и расположен в виде концентрических колец, каждое из которых имеет ширину около 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) и глубину 0,000001 дюйма (25 нм). В микроскопическом масштабе металлические сплавы образуют зерна, похожие на мыльные пузыри, плавающие в воде.

Каждая крупинка имеет собственное магнитное поле, но его можно выровнять в заданном направлении. Группировка этих полей приводит к 0 и 1 битам данных. Если вы хотите более глубокого технического погружения в эту тему, прочтите этот документ Йельского университета. Окончательные покрытия представляют собой слой углерода для защиты, а затем слой полимера для уменьшения контактного трения. Вместе они имеют толщину не более 0,0000005 дюйма (12 нм).

Мы скоро увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими высокими допусками, но удивительно осознавать, что всего за 15 долларов США вы можете стать счастливым обладателем нанометрового производства!

Давайте снова вернемся ко всему жесткому диску и посмотрим, что там еще есть.

Желтой рамкой отмечена металлическая крышка, которая надежно удерживает диск на шпиндельном двигателе – электрическом приводе, вращающем диски. В этом HDD они вращаются со скоростью 7200 об/мин, но другие модели работают медленнее. Более медленные диски снижают уровень шума и энергопотребления, но также снижают производительность, в то время как другие более быстрые диски могут достигать скорости 15 000 об/мин.

Чтобы уменьшить вредное воздействие пыли и влаги в воздухе, рециркуляционный фильтр (зеленая рамка) улавливает мельчайшие частицы и удерживает их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Поверх дисков и рядом с фильтром находится один из трех дисковых разделителей: они помогают уменьшить вибрации, а также максимально регулируют поток воздуха.

В левом верхнем углу изображения, отмеченном синей рамкой, находится один из двух постоянных стержневых магнитов. Они создают магнитное поле, необходимое для перемещения выделения компонента красным цветом. Давайте удалим некоторые из этих частей, чтобы увидеть это лучше.

То, что выглядит как толстый лейкопластырь, — это еще один фильтр, за исключением того, что он очищает частицы и газы снаружи, когда они входят через отверстие, которое мы видели раньше. Металлические шипы — это приводные рычаги, удерживающие головки чтения/записи жесткого диска. скорость.

Посмотрите это видео, любезно предоставленное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько это быстро:

Вместо того, чтобы использовать что-то вроде шагового двигателя, чтобы защелкнуть рычаги на место, электрический ток подается по катушке провода у основания рычага.

Обычно их называют звуковыми катушками, потому что это тот же принцип, по которому громкоговорители и микрофоны перемещают мягкие конусы. Ток создает вокруг себя магнитное поле, которое противодействует полю, создаваемому постоянными стержневыми магнитами.

Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть очень точным, как и все остальное на диске. Некоторые жесткие диски имеют многоступенчатые приводы, которые могут выполнять небольшие изменения направления с помощью всего лишь части целого рычага.

На некоторых жестких дисках дорожки данных фактически перекрывают друг друга. Эта технология называется последовательная магнитная запись, и требования к точности и аккуратности (т. е. попаданию в нужное место снова и снова) еще выше.

На самых концах плеч расположены тонкие головки чтения/записи. Наш жесткий диск имеет 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головы подвешены на двух сверхтонких металлических полосках.

Именно здесь мы можем понять, почему наш образец анатомии мертв: по крайней мере одна голова оторвалась, и то, что вызвало первоначальное повреждение, также погнуло некоторые опорные рычаги. Весь компонент головы настолько мал, что получить хорошее изображение обычной камерой действительно сложно, как мы можем видеть ниже.

Однако мы можем разобрать некоторые детали. Серый блок представляет собой специально обработанную деталь, называемую ползунком, так как диск вращается под ним, поток воздуха создает подъемную силу, поднимая головку над поверхностью. И когда мы говорим "выкл", мы имеем в виду зазор всего 0,0000002 дюйма или менее 5 нм.

Еще дальше, и головки не смогут обнаружить изменения магнитных полей в дорожке; если бы головки действительно упирались в поверхность, они бы просто соскребали покрытие. Вот почему воздух внутри корпуса диска необходимо фильтровать: пыль и влага на поверхности диска просто выбьют головки.

Крошечный металлический "стержень" на конце головы отвечает за общую аэродинамику. Однако нам нужна более качественная картина, чтобы увидеть части, которые фактически выполняют чтение и запись.

На приведенном выше изображении другого жесткого диска части, которые выполняют чтение и запись, находятся под всеми электрическими дорожками. Запись осуществляется с помощью тонкопленочной индукционной (TFI) системы, тогда как чтение осуществляется с помощью туннелирования магниторезистивного ( TMR).

Сигналы, создаваемые TMR, очень слабые, и их необходимо пропустить через усилитель, чтобы повысить уровни, прежде чем их можно будет отправить дальше. Чип, отвечающий за это, виден возле основания рычагов привода на изображении ниже.

Как упоминалось во введении к этой статье, механические компоненты и принцип работы жесткого диска не претерпели существенных изменений за прошедшие годы. Больше всего усовершенствовалась технология магнитной дорожки и головок чтения/записи, позволяющая создавать более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводит к увеличению объема памяти.

Тем не менее, у механических жестких дисков есть явные ограничения производительности. Для перемещения рычагов привода в требуемое положение требуется время, и если данные разбросаны по разным дорожкам на отдельных пластинах, то накопитель потратит относительно большое количество микросекунд на поиск битов.

Прежде чем мы перейдем к разбору другого типа накопителей, давайте возьмем за основу производительность типичного жесткого диска. Мы использовали CrystalDiskMark для тестирования жесткого диска WD 3,5 дюйма, 5400 об/мин, емкостью 2 ТБ:

Первые две строки отображают пропускную способность в мегабайтах в секунду при последовательном (длинный непрерывный список) и случайном (перескакивание по диску) чтении и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке отображается средняя задержка (время в микросекундах) между выполнением операции чтения/записи и получением значения данных.

Вообще говоря, вы хотите, чтобы значения в первых трех строках были как можно больше, а в последней строке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих цифрах, мы будем использовать их для сравнения, когда будем рассматривать следующий тип накопителей: твердотельные накопители.

Читайте также:

  
• Пароль жесткого диска заморожен, что это такое
  
• Как перевести ПК на компьютер
  
• Можно ли поставить один пиксель на несколько сайтов
  
• Как изменить пароль Wi-Fi на компьютере
  
• Ошибка 80010009 на PS3