Hur en hårddisk fungerar. Hög- och lågnivåformatering

Idag skulle det inte vara en överdrift att säga att den stora majoriteten av datoranvändare är bekanta med begreppet " HDD dator." De vet att varje dator har ett "minne" som lagrar all information som filmer, musik, foton, spel och program. Men få av det totala antalet fans som stirrade på monitorn gick längre för att förstå denna mystiska lagringsenhet än att veta att "det här är en sådan rektangulär sak där alla filer är lagrade på något obegripligt sätt." Och det är för de läsare som vill gräva djupare och ta reda på hur en hårddisk fungerar, samt förstå dess enhet, den här artikeln skrevs, där vi helt enkelt och på ryska kommer att avslöja dessa problem.

Hur fungerar en dators hårddisk?

Låt oss börja med en liten historiedigression. Den första hårddisken skapades av IBM för nästan sex decennier sedan, 1957. Dess volym var 5 megabyte - löjliga siffror med dagens mått mätt, men då var det ett riktigt tekniskt genombrott. Efter en tid skapade ingenjörerna från samma företag en hårddisk med en kapacitet på 30 MB, och som hade ytterligare 30 MB i ett avtagbart fack. Eftersom en sådan skivstruktur framkallade associationer till märkningen av patronen för den populära Winchester-karbinen i Amerika - ".30-30" - gav designerna denna hårddisk kodnamnet "Winchester". Ett intressant faktumär det i modern tid i väst hårddiskar nästan ingen kallar det dock för att i den rysktalande miljön har detta namn slagit rot mycket fastare, efter att även ha gett upphov till en bekväm förkortad version - "skruv", som används ofta i vardagligt tal.

Hårddisk design

Och låt oss nu gå direkt till programmets höjdpunkt och börja med dess interna struktur. Hårddiskens design består av följande komponenter.

1. Ett block av magnetskivor eller den sk. "pannkakor" (från en till tre bitar i ett block, som ligger ovanför varandra) - faktiskt huvudelement hårddisk. Varje magnetskiva är gjord av aluminium eller glas och belagd med ett ferromagnetiskt material, ofta kromdioxid. Data skrivs till det magnetiska lagret med hjälp av ett magnethuvud.
2. Block av magnetiska huvuden - är en vippa ansluten till mikrokretsen på förstärkaromkopplaren, som förstärker signalen som tas emot vid läsning från skivan. I ändarna av vippplattorna finns magnethuvuden, som interagerar med magnetskivan när de utför läs- och skrivoperationer.
3. Spindelmotor - en speciell elmotor som används för att accelerera magnetiska skivor. Beroende på hårddiskens modell kan denna siffra nå 15 000 rpm. Motorns design är baserad på användningen av lager (kula och hydrodynamiska), vilket gör att den är tyst och inte skapar vibrationer.
4. Styrkortet är en integrerad krets, vars funktion är att styra driften av hårddisken genom att omvandla signalerna som sänds från magnethuvudena till begripliga för datorn.

Hur en hårddisk fungerar

Efter att ha studerat de enskilda komponenterna kan vi måla upp en helhetsbild av vad som händer och steg för steg beskriva hur en dators hårddisk fungerar. Så hårddisken drivs - den elektroniska styrenheten skickar en signal till spindelmotorn, som börjar rotera de magnetiska skivorna som är stadigt fixerade på sin axel. Efter att ha uppnått den erforderliga rotationshastigheten, vid vilken ett luftgap uppstår mellan pannkakan och huvudet, exklusive möjligheten för deras kontakt, för vippan huvudena till dem på ett "arbetsavstånd", vilket är cirka 10 nanometer (en miljarddel av en meter, tänk dig!).

Den första data som tas emot från den medföljande hårddisken är alltid serviceinformation eller sk. "spår noll". Den innehåller information om hårddiskens tillstånd och dess egenskaper. Om denna information av någon anledning inte kan erhållas kommer enheten inte att starta upp och kommer inte att fungera.
Om tjänstdata tas emot framgångsrikt och inte innehåller fel, börjar fasen för att arbeta med information som är direkt registrerad på disken. Troligtvis plågas du redan av frågan - "hur är det inspelat?". Vi svarar: magnetiska huvuden under påverkan av strömpulser kan magnetisera sektioner av skivan och därigenom bilda bitar (logiska "nollor" och "ettor", olika i riktning mot det magnetiska momentet). Med andra ord, all information på en dators hårddisk är dess olika magnetiserade sektioner, som, efter att ha omvandlats till standardiserade signaler, känns igen av datorn och presenteras för användaren i en form som är förståelig för honom. Det bör noteras att dessa avsnitt är strikt strukturerade - de är de så kallade. "spår", det vill säga cirkulära områden på ytan av en magnetisk skiva.

Det är viktigt att notera att blocket av huvuden är ett stycke, så alla huvuden i det rör sig synkront - därför är de alltid placerade på samma spår av varje enskild pannkaka. Baserat på detta bildar spåren i vertikalplanet en cylinder. Dessutom består varje spår av segment, som kallas "sektorer". När man skriver information till dessa sektorer ändrar magnethuvudena sitt magnetfält, och när man läser information fångar de helt enkelt det. Efter att ha behandlat den fysiska strukturen för datalagring kan vi dra slutsatsen att volymen på en hårddisk är lika med produkten av antalet cylindrar, antalet huvuden och antalet sektorer.

Formatera hårddisken

En berättelse om hur en dators hårddisk fungerar kan inte kallas komplett om den inte berör temat formatering. Formatering är en speciell process för att markera lagringsområdet på en hårddisk, vars essens är att skapa vissa åtkomststrukturer till dessa data, till exempel ett filsystem, genom att skriva viss tjänstinformation. I detta fall förstörs tidigare lagrad data (dock inte alltid oåterkalleligt). Oftast görs formatering vid installation (eller ominstallation) på en dator operativ system, eftersom det optimala för detta är just en "ren", formaterad disk, rensad från data från det tidigare operativsystemet. För att inte förlora den nödvändiga informationen är "skruven" som regel preliminärt logiskt uppdelad i flera sektioner - i det här fallet kommer formatering endast att krävas för avsnittet där operativsystemet kommer att installeras, medan data på de andra sektionerna kommer att förbli orörda, vilket är ett mycket användarvänligt tillvägagångssätt .

Hej kompisar!

Idag kommer vi att prata om en sådan sak som en hårddisk. En sällsynt datoranvändare har inte hört talas om honom!

Winchester, aka HDD ( hårddisk Drive, även känd som en hårddisk, är en enhet för att lagra information.

HDD fick sitt slangnamn från det berömda geväret med vilket vita människor erövrade Amerika. En av de första modellerna av hårddiskar betecknades "30/30", vilket sammanföll med kalibern på detta skjutvapen.

Nedan kommer vi att prata om datorhårddiskar.

Hur är en dators hårddisk ordnad?

Vi kommer att överväga hur den traditionella (elektromekaniska) hårddisken som används i persondatorer tredubblas. Dess grund är en eller flera informationsskivor. De första modellerna av hårddiskar använde aluminiumskivor.

Men det hade de första modellerna stor storlek och liten kapacitet.

Flexibla och hårddiskar

Dessa "skruvar" (en annan slang term) var fysiskt dimensionerade och ungefär lika stora som en 5,25" diskettenhet. Vid gryningen datorindustrin data lagrades också på disketter (disketter) 5,25 och 3,5 tum.

Enheten för att läsa och skriva sådana diskar kallades FDD. (diskettenhet).

Dessa skivor var gjorda av en rund plastbit belagd på båda sidor med en ferromagnetisk beläggning. De var tunna och flexibla, därav namnet på enheten. För att skydda mot yttre påverkan placerades dessa skivor i ett fyrkantigt plastfodral.

Diskar i hårddiskar har en liknande struktur, men de är tjockare och böjer sig inte, vilket återspeglas i namnet. Ett tunt ferromagnetiskt lager av metalloxider appliceras på en sådan skiva med hjälp av en centrifug. Data skrivs och läses med hjälp av magnethuvuden.

När man skriver till magnethuvudet tillförs en informationssignal som ändrar orienteringen av domänerna (ferromagnetiska partiklar) i det ferromagnetiska lagret.

Vid avläsning inducerar de magnetiserade sektionerna en ström i huvudet, som sedan bearbetas av styrkretsen (kontrollern). Kraven på hastighet och datamängder växte hela tiden. Världens bästa hjärnor sändes till detta område. Och hårddiskar, liksom resten av datorhårdvaran, har kontinuerligt förbättrats.

Diskar började tillverkas av glas och glaskeramik. Detta gjorde det möjligt att minska deras vikt, tjocklek och öka rotationshastigheten.

Skivans rotationshastighet ökade från 3600 rpm till 5400, 7200 och sedan upp till 10 000 och till och med upp till 15 000 rpm! För jämförelse, låt oss säga att skivrotationshastigheten i FDD var 360 rpm.

Ju högre rotationshastighet, desto snabbare läses data.

ferromagnetiskt skikt

Ett ferromagnetiskt skikt kan appliceras på ytan av skivor på två sätt - galvanisk deponering och vakuumdeposition. I det första fallet nedsänks skivan i en lösning av metallsalter och en tunn film av metall (kobolt) avsätts på den.

Vid vakuumavsättning placeras skivan i en förseglad kammare, luft pumpas ut ur den och metallpartiklar avsätts med hjälp av en elektrisk urladdning.

En skyddande kolbeläggning appliceras ovanpå det magnetiska lagret. Det skyddar det tunna magnetiska lagret från förstörelse (och förlust av information) vid eventuell kontakt med huvudet.

En hårddisk kan ha en eller flera fysiska diskar. I det senare fallet sätts skivorna ihop till en enda struktur och roterar synkront. Varje skiva har två sidor med ett ferromagnetiskt lager, data läses av två olika huvuden (placerade på toppen och botten).

Huvudena är också sammansatta till en enda struktur och rör sig synkront.

Mekanismen för att flytta huvuden innehåller en spole med en tråd och en fast permanentmagnet. När ström appliceras på spolen genereras ett magnetfält i den, som samverkar med magneten. Den resulterande kraften flyttar spolen med hela den rörliga delen av mekanismen (och även huvudena).

Mekanismen innehåller en fjäder, som i avsaknad av kraft flyttar huvudena till första position (parkeringsplats). Detta förhindrar att huvuden och skivorna skadas.

Observera att små neodymmagneter som skapar ett konstant magnetfält är väldigt starka!

I arbetstillstånd roterar skivorna med konstant hastighet, huvudena "svävar" ovanför skivan. Under rotation uppstår ett aerodynamiskt flöde som lyfter huvudena. När tekniken förbättras minskar avståndet mellan huvuden och skivan.

Vid det här laget har den reducerats till flera tiotals nanometer!

Genom att minska avståndet kan du öka tätheten av informationsinspelning. Därmed kan mer information pressas in i samma volym.

Läs och skriv huvuden

Moderna hårddiskar använder magnetoresistiva huvuden.

En magnetoresistorkristall kan ändra sitt motstånd beroende på magnetfältets storlek och riktning. När huvudet passerar över regioner med olika magnetisering ändras dess motstånd, vilket fångas upp av styrkretsen.

Hårddiskhuvudet innehåller faktiskt två huvuden - läsning och skrivning. Inspelningshuvudet fungerar på samma princip som huvudet i äldre bandspelare som använde magnetbandskassetter.

Den innehåller en öppen kärna, i vars gap ett magnetfält skapas som ändrar orienteringen av de magnetiska domänerna på skivytan. Huvudets "lindning" skrivs ut med hjälp av fotolitografi.

Spindel och HDA

Hårddiskens huvudmotor (spindel), som snurrar skivan, innehåller hydrodynamiskt lager. Det skiljer sig från ett kullager genom att det har mycket mindre radiell utlopp.

I moderna hårddiskar är informationsinspelningstätheten mycket hög, spåren är placerade mycket nära varandra.

En stor mängd radiell utlopp skulle inte öka inspelningstätheten, eller (med en minskning av avståndet mellan spåren) skulle huvudet "hoppa" längs intilliggande spår under ett varv. Ett hydrodynamiskt lager innehåller ett tunt lager av smörjmedel mellan de rörliga och stationära delarna.

Sammanfattningsvis, låt oss säga att spindeln, skivorna, huvudet med en enhet placeras i ett separat fack. De första modellerna av hårddiskar innehöll läckande fack utrustade med ett filter med mycket små celler för att utjämna trycket.

Sedan dök hermetiska fack upp, som hade ett hål i dem, stängda med ett flexibelt membran. Membranet kan böjas i båda riktningarna för att kompensera för lufttrycksskillnaden inuti och utanför huvudfacket.

I nästa del av artikeln kommer vi att fortsätta vår bekantskap med hur hårddisken är ordnad och hur den fungerar.

Victor Geronda var med dig. Vi ses på bloggen!

Trots det faktum att hårddisken relativt nyligen har en konkurrent - SSD - en solid-state informationsenhet, vars prestanda är flera gånger högre än hastigheten Hårddisk fungerar, hård användning disken har inte förlorat sin relevans. Anledningen är den låga kostnaden för enheten.

Det finns tillräckligt med problem med hårddisken, eftersom enheten är mekanisk. Idag är hårddisken praktiskt taget den enda mekanisk anordning, som kan finnas i en modern dator. Naturligtvis räknar inte enheten för diskar. Det är av denna anledning som hårddisken är ganska sårbar. Det ska hanteras med försiktighet. Den kan drabbas både av skakningar och av slag, och om det finns en stark magnet i närheten kan du tryggt förbereda pengar för ett nytt lagringsmedium, eftersom det förra kommer att avmagnetiseras hopplöst.

Vad är en hårddisk gjord av?

Att bli bättre bekant med alla olyckor, samt hård disk, är det värt att studera dess enhet mer i detalj, vilket vi kommer att göra i den här artikeln. Hur är en hårddisk ordnad? Faktum är att hårddisken är ganska komplex, men samtidigt en enkel och intressant enhet. Den består av två delar - en mekanisk som får den att fungera och en elektronisk - den som styr och styr dess arbete. Till utseendet liknar hårddisken en gammal grammofon med skivor, och till och med principen för dess funktion liknar den här spelaren.

Information på hårddisken registreras också på runda skivor. Information läses med hjälp av speciella huvuden (precis som i en grammofon). Järnvägen har flera förvaringsplattor fastsatta på spindeln. På många sätt beror diskens prestanda på denna detalj. Ju högre spindelhastighet, desto snabbare går drivningen. Det är därför hårddiskar har olika hastigheter för att skriva information och läsa den. Materialet för att tillverka plattorna är metall belagt med ett mycket tunt lager av en ferromagnetisk legering, som är informationsbäraren.

Hur information läses

Information från skivan reproduceras av flera läshuvuden, kombinerade till ett block, som fritt rör sig i vilken zon som helst av bärarplattorna. I en modern hårddisk roterar trummorna snabbt - 7200 varv per minut. Naturligtvis finns det fler snabba enheter, men deras kostnad är alltid mycket högre än genomsnittet. Standardhastigheten på 7200 rpm är ganska acceptabel även för en hemdator. När man läser information vidrör huvudet inte den magnetiska ytan på plattan, utan fungerar direkt ovanför den på ett otänkbart nära avstånd - 10 nm. Detta är 10 gånger mindre än tjockleken på ett människohår. Med denna funktionsprincip är slitage från mekanisk friktion helt uteslutet. Vad får huvudet att sväva i luften? Luftflödet som uppstår när spindeln roterar. Det är oacceptabelt att dammpartiklar kommer mellan huvudet och skivytan - detta kommer att leda till omedelbar skada på tallrikens yta och förlust av registrerad information.

När skivan tas i drift vidrör läshuvudena inte heller dess magnetiska yta, eftersom de är i ett säkert läge förrän hastigheten utvecklas till önskad gräns. När du startar hårddisken kommer huvuden inte in i arbetsområdet - de hålls av en speciell enhet, tack vare vilken slitage på skivelementen förhindras. När den roterande motorn stannar aktiveras en säkerhetsanordning automatiskt för att flytta huvuden ut ur läsområdet.

Du kan inte vara rädd för att damm eller fläckar kommer att finnas inuti den elektrisk-mekaniska delen av skivan - enheten är tillförlitligt skyddad från detta av en förseglad låda. Endast den elektroniska delen av hårddisken förblir utanför, vilket styr dess funktion. I huvudsak är detta den elektroniska tavlan, vars placering är den nedre delen av enheten. Denna del av enheten har inget skydd, därför är den lätt sårbar om den hanteras vårdslöst (oprofessionell installation) eller olämplig förvaring.

Var uppmärksam på följande punkter när du arbetar med hårddisken:

• Enheten måste skyddas mot mekaniska stötar;
• Koppla inte bort eller anslut inre hårt disk utan att stänga av datorn;
• Låt inte enheten överhettas. För att övervaka temperaturen på hårddisken finns det speciella program.
• För att undvika komplikationer på grund av oväntade strömavbrott, försök att använda en avbrottsfri strömkälla medan du arbetar på en stationär dator.

Det är allt. Denna information räcker för en oerfaren användare att förstå hur en hårddisk fungerar, och också för att veta hur man undviker dess sammanbrott. Trots snabbt växande popularitet och gradvis förbättrad teknisk SSD-specifikationer, har vår inhemska hårddisk ännu inte nått historiens hyllan, som disketter eller ljudkassetter. Vi måste använda hårddiskar mer än ett år, så vi hoppas att informationen om dess enhet kommer att vara användbar och intressant för dig.

Syftet med denna artikel är att beskriva det modernas struktur hårddisk, prata om dess huvudkomponenter, visa hur de ser ut och kallas. Dessutom kommer vi att visa förhållandet mellan ryska och engelska terminologier som beskriver hårddiskkomponenter.

För tydlighetens skull, låt oss ta en titt på en 3,5-tums SATA-enhet. Det blir en helt ny terabyte Seagate ST31000333AS. Låt oss undersöka vårt marsvin.

En grön textolit med kopparspår, strömkontakter och SATA kallas elektronikkort eller styrkort (Printed Circuit Board, PCB). Den används för att hantera driften av hårddisken. Det svarta aluminiumhöljet och dess innehåll kallas HDA (Head and Disk Assembly, HDA), experter kallar det också en "burk". Kroppen utan innehåll kallas även HDA (bas).

Låt oss nu ta bort kretskortet och undersöka komponenterna som är placerade på det.

Det första som fångar ditt öga är ett stort chip placerat i mitten - en mikrokontroller, eller processor (Micro Controller Unit, MCU). På moderna hårddiskar består mikrokontrollern av två delar - själva centralprocessorenheten (CPU) som utför alla beräkningar och läs-/skrivkanalen - en speciell enhet som omvandlar den analoga signalen som kommer från huvudena till digital data under en läsfunktion och kodar digital data till en analog signal när den skrivs. Processorn har input-output-portar (IO-portar) för att styra andra komponenter som finns på tryckt kretskort och dataöverföring via SATA-gränssnitt.

Minneskretsen är en konventionell DDR SDRAM-minne. Mängden minne avgör storleken på hårddiskens cache. Detta kretskort har samsung minne 32 MB DDR, vilket i teorin ger disken en 32 MB cache (och det är exakt den mängd som anges i specifikationer ah hårddisk), men det är inte helt sant. Faktum är att minnet logiskt är uppdelat i buffertminne (cache) och firmwareminne. Processorn behöver lite minne för att ladda firmwaremoduler. Så vitt vi vet är det bara Hitachi/IBM som listar den faktiska mängden cache i specifikationsbladet; När det gäller resten av enheterna kan vi bara gissa om mängden cache.

Nästa chip är motorns och huvudenhetens styrenhet, eller "twist" (Voice Coil Motor Controller, VCM-styrenhet). Dessutom styr detta chip sekundära strömförsörjningar placerade på kortet, från vilka processorn och det förförstärkaromkopplande chippet (förförstärkaren, förförstärkaren) som finns i HDA:n matas. Detta är huvudkonsumenten av energi på det tryckta kretskortet. Den styr spindelns rotation och huvudens rörelse. VCM-styrenhetens kärna kan fungera även vid 100°C.

En del av enhetens firmware lagras i flashminnet. När strömmen sätts på disken, laddar mikrokontrollern innehållet i flash-chippet till minnet och börjar exekvera koden. Utan att koden är korrekt laddad, vill skivan inte ens snurra upp. Om det inte finns något flashchip på kortet så är det inbyggt i mikrokontrollern.

Vibrationssensorn (chocksensor) reagerar på skakningar som är farliga för skivan och skickar en signal om detta till VCM-styrenheten. VCM parkerar omedelbart huvudena och kan stoppa skivan från att snurra. Teoretiskt sett borde denna mekanism skydda enheten från ytterligare skador, men den fungerar inte i praktiken, så tappa inte skivorna. På vissa skivor är vibrationssensorn mycket känslig och reagerar på minsta vibration. Data som tas emot från sensorn gör att VCM-styrenheten kan korrigera huvudens rörelse. Minst två vibrationssensorer är installerade på sådana skivor.

Kortet har en annan skyddsanordning - den transienta spänningsundertryckningen (TVS). Det skyddar kortet från strömstörningar. Under en strömstöt brinner TVS ut och skapar kortslutning till marken. Detta kort har två TVS, 5 och 12 volt.

Tänk nu på HDA.

Under brädan finns kontakterna på motorn och huvudena. Dessutom finns det ett litet, nästan omärkligt hål (andningshål) på skivkroppen. Det tjänar till att utjämna trycket. Många tror att det finns ett vakuum inuti hårddisken. Det är det faktiskt inte. Detta hål gör att skivan kan utjämna trycket inuti och utanför inneslutningen. På insidan är detta hål täckt med ett andningsfilter, som fångar upp damm och fuktpartiklar.

Låt oss nu titta inuti inneslutningsområdet. Ta bort skivskyddet.

Locket i sig är inget speciellt. Det är bara en metallbit med en gummitätning för att hålla damm borta. Slutligen, överväg fyllningen av inneslutningsområdet.

Dyrbar information lagras på metallskivor, även kallade pannkakor eller tallrikar (fat). På bilden ser ni toppplattan. Plattorna är gjorda av polerat aluminium eller glas och är täckta med flera lager av olika sammansättningar, inklusive en ferromagnetisk substans, på vilken data faktiskt lagras. Mellan pannkakorna, såväl som ovanför toppen av dem, ser vi speciella plattor som kallas separatorer eller separatorer (spjäll eller separatorer). De behövs för att utjämna luftflöden och minska akustiskt buller. Som regel är de gjorda av aluminium eller plast. Aluminiumseparatorer är mer framgångsrika för att kyla luften inuti inneslutningsområdet.

Sidovy av pannkakor och separatorer.

Läs- och skrivhuvuden (huvuden) är installerade i ändarna av fästena på den magnetiska huvudenheten, eller HSA (Head Stack Assembly, HSA). Parkeringszonen är området där huvudena på en frisk disk måste vara när spindeln stoppas. Med denna skiva är parkeringszonen placerad närmare spindeln, som syns på bilden.

På vissa körningar görs parkering på speciella plastparkeringar placerade utanför skyltarna.

Hårddisken är en och kräver mycket ren luft för att fungera korrekt. Under användning kan mikroskopiska partiklar av metall och fett bildas inuti hårddisken. För omedelbar rengöring av luften inuti skivan finns ett recirkulationsfilter. Detta är en högteknologisk enhet som ständigt samlar in och fångar de minsta partiklarna. Filtret är placerat i vägen för luftflöden som skapas av plattornas rotation.

Låt oss nu ta bort toppmagneten och se vad som döljer sig under den.

Hårddiskar använder mycket kraftfulla neodymmagneter. Dessa magneter är så kraftfulla att de kan lyfta 1 300 gånger sin egen vikt. Så lägg inte fingret mellan magneten och metallen eller någon annan magnet - slaget blir väldigt känsligt. Det här fotot visar BMG-begränsarna. Deras uppgift är att begränsa huvudens rörelse och lämna dem på ytan av plattorna. BMG-begränsare olika modeller ordnade olika, men det finns alltid två av dem, de används på alla moderna hårddiskar. På vår enhet sitter den andra limitern på den nedre magneten.

Här är vad du kan se där.

Vi ser även här spolen (röstspolen), som är en del av blocket av magnethuvuden. Spolen och magneterna bildar VCM-drivenheten (Voice Coil Motor, VCM). Drivningen och blocket av magnethuvuden bildar en lägesställare (ställdon) - en anordning som förflyttar huvudena. En svart plastbit av komplex form kallas en spärr (aktuatorspärr). Detta är en säkerhetsmekanism som frigör MG efter att spindelmotorn har nått speciellt nummer revolutioner. Detta händer på grund av trycket i luftflödet. Spärren skyddar huvudena från oönskade rörelser i parkeringsläget.

Låt oss nu ta bort blocket med magnethuvuden.

Noggrannhet och jämn rörelse hos BMG stöds av ett precisionslager. Den största delen av BMG, gjord av aluminiumlegering, brukar kallas en konsol eller vipp (arm). I änden av vipparmen sitter huvuden på en fjäderupphängning (Heads Gimbal Assembly, HGA). Vanligtvis levererar huvuden och rockers själva olika tillverkare. Smidig kabel(Flexible Printed Circuit, FPC) går till plattan som passar ihop med kontrollkortet.

Betrakta komponenterna i BMG mer detaljerat.

En spole ansluten till en kabel.

Lager.

Följande bild visar BMG-kontakterna.

Packningen (packningen) säkerställer anslutningens täthet. Sålunda kan luft komma in på insidan av skivan och huvudenheten endast genom tryckutjämningshålet. Kontakterna på denna skiva är belagda med ett tunt lager av guld för att förbättra ledningsförmågan.

Detta är en klassisk rockerdesign.

De små svarta bitarna i ändarna av fjäderhängarna kallas sliders. Många källor indikerar att reglage och huvuden är en och samma. Faktum är att reglaget hjälper till att läsa och skriva information genom att höja huvudet ovanför pannkakornas yta. På moderna hårddiskar rör sig huvudena på ett avstånd av 5-10 nanometer från pannkakornas yta. Som jämförelse är ett människohår cirka 25 000 nanometer i diameter. Om någon partikel kommer under skjutreglaget kan det leda till överhettning av huvuden på grund av friktion och deras fel, vilket är anledningen till att renheten hos luften inuti inneslutningen är så viktig. Själva läs- och skrivelementen finns i slutet av reglaget. De är så små att de bara kan ses med ett bra mikroskop.

Som du kan se är skjutreglagets yta inte platt, det har aerodynamiska spår. De hjälper till att stabilisera skjutreglagets flyghöjd. Luften under skjutreglaget bildar en luftkudde (Air Bearing Surface, ABS). Luftkudden upprätthåller skjutreglagets rörelse nästan parallellt med pannkakans yta.

Här är en annan skjutreglagebild.

Huvudkontakterna syns tydligt här.

Det här är en annan en viktig del BMG, som ännu inte har diskuterats. Det kallas en förförstärkare (förförstärkare, förförstärkare). En förförstärkare är ett chip som styr huvudena och förstärker signalen som kommer till eller från dem.

Förförstärkaren sitter direkt i BMG av en väldigt enkel anledning - signalen som kommer från huvudena är väldigt svag. På moderna enheter har den en frekvens på cirka 1 GHz. Om du tar ut förförstärkaren från inneslutningsområdet kommer en så svag signal att dämpas kraftigt på vägen till styrkortet.

Fler spår leder från förförstärkaren till huvudena (höger) än till inneslutningsområdet (vänster). Faktum är att en hårddisk inte kan fungera samtidigt med mer än ett huvud (ett par skriv- och läselement). Hårddisken skickar signaler till förförstärkaren, och den väljer huvudet som hårddisken för närvarande har åtkomst till. Den här hårddisken har sex spår som leder till varje huvud. Varför så mycket? Ett spår är slipat, två till är för läs- och skrivelement. De följande två spåren är för styrning av miniaktuatorer, speciella piezoelektriska eller magnetiska enheter som kan flytta eller vrida reglaget. Detta hjälper till att mer exakt ställa in huvudens position ovanför banan. Den sista stigen leder till värmaren. Värmaren används för att styra flyghöjden på huvudena. Värmaren överför värme till suspensionen som förbinder reglaget och vippan. Hängaren är tillverkad av två legeringar med olika termiska expansionsegenskaper. Vid uppvärmning böjer suspensionen sig mot pannkakans yta, vilket minskar huvudets flyghöjd. När den svalnat rätas upphängningen.

Nog om huvudena, låt oss demontera skivan ytterligare. Ta bort den övre avskiljaren.

Så här ser det ut.

På nästa bild kan du se inneslutningsområdet med toppseparatorn och huvudenheten borttagna.

Den nedre magneten blev synlig.

Nu klämringen (plattans klämma).

Den här ringen håller ihop stapeln med tallrikar och hindrar dem från att röra sig i förhållande till varandra.

Pannkakor är uppträdda på en spindel (spindelnav).

Nu när ingenting håller pannkakorna, låt oss ta bort den översta pannkakan. Här är vad som finns under.

Nu är det klart hur utrymmet för huvudena skapas - det finns distansringar mellan pannkakorna. Bilden visar den andra pannkakan och den andra separatorn.

Distansringen är en högprecisionsdel gjord av icke-magnetisk legering eller polymerer. Låt oss ta av det.

Låt oss dra ut allt annat från disken för att inspektera botten av HDA:n.

Så här ser tryckutjämningshålet ut. Den är placerad direkt under luftfiltret. Låt oss ta en närmare titt på filtret.

Eftersom uteluften nödvändigtvis innehåller damm, har filtret flera lager. Det är mycket tjockare än cirkulationsfiltret. Ibland innehåller den partiklar av silikagel för att bekämpa luftfuktighet.

Förtydligande av kopplingen mellan rysk och engelsk terminologi gjordes av Leonid Vorzhev.

Artikel kopierad från

Hårddiskar, eller, som de också kallas, hårddiskar, är en av de viktigaste komponenterna datorsystem. Alla vet om det. Men långt ifrån alla moderna användare gissar ens i princip hur en hårddisk fungerar. Funktionsprincipen är i allmänhet ganska enkel för en grundläggande förståelse, men det finns några nyanser som kommer att diskuteras vidare.

Frågor om syfte och klassificering av hårddiskar?

Frågan om syfte är förstås retorisk. Alla användare, även de mest instegsnivåer, kommer omedelbart att svara att hårddisken (aka hårddisk, aka hårddisk eller HDD) kommer omedelbart att svara att den används för att lagra information.

I allmänhet är det sant. Glöm inte att det på hårddisken, förutom operativsystemet och användarfilerna, finns startsektorer skapade av operativsystemet, tack vare vilka det startar, samt några märken som du snabbt kan hitta nödvändig information på disk.

Moderna modeller är ganska olika: vanliga hårddiskar, yttre stel diskar, höghastighets-SSD:er, även om de är exakt hårddiskar tillskrivs och inte accepteras. Vidare föreslås det att överväga enheten och funktionsprincipen för hårddisken, om inte i sin helhet, så enligt minst, på ett sådant sätt att det räcker att förstå de grundläggande termerna och processerna.

Observera att det också finns en speciell klassificering av moderna hårddiskar enligt några grundläggande kriterier, bland vilka följande kan särskiljas:

• metod för att lagra information;
• Mediatyp;
• sätt att organisera tillgången till information.

Varför kallas en hårddisk en hårddisk?

Idag funderar många användare på varför de kallar hårddiskar relaterade till handeldvapen. Det verkar som vad som kan vara gemensamt mellan dessa två enheter?

Själva termen dök upp redan 1973, när världens första hårddisk dök upp på marknaden, vars design bestod av två separata fack i en förseglad behållare. Kapaciteten för varje fack var 30 MB, vilket är anledningen till att ingenjörerna gav skivan kodnamnet "30-30", vilket var helt i samklang med märket för den populära på den tiden pistolen "30-30 Winchester". Det är sant att i början av 90-talet i Amerika och Europa föll detta namn praktiskt taget i obruk, men det är fortfarande populärt i det postsovjetiska rymden.

Enheten och driftprincipen för hårddisken

Men vi avviker. Funktionsprincipen för en hårddisk kan kort beskrivas som processerna för att läsa eller skriva information. Men hur går det till? För att förstå principen för driften av en magnetisk hårddisk är det först nödvändigt att studera hur det fungerar.

Själva hårddisken är en uppsättning plattor, vars antal kan variera från fyra till nio, sammankopplade av en axel (axel) som kallas en spindel. Plattorna placeras ovanför varandra. Oftast är materialet för deras tillverkning aluminium, mässing, keramik, glas etc. Själva plattorna har en speciell magnetisk beläggning i form av ett material som kallas platter, baserat på gammaferritoxid, kromoxid, bariumferrit, etc. Varje sådan platta är cirka 2 mm tjock.

Radiella huvuden ansvarar för att skriva och läsa information (en för varje platta), och båda ytorna används i plattorna. För vilken den kan variera från 3600 till 7200 rpm, och två elmotorer är ansvariga för att flytta huvuden.

Samtidigt är grundprincipen för datorns hårddisk att information inte registreras någonstans, utan på strikt definierade platser, så kallade sektorer, som ligger på koncentriska spår eller spår. För att undvika förvirring gäller enhetliga regler. Detta innebär att principerna för drift av hårddiskar, ur deras logiska struktur, är universella. Så till exempel är storleken på en sektor, antagen som en enda standard över hela världen, 512 byte. I sin tur är sektorer uppdelade i kluster, som är sekvenser av angränsande sektorer. Och särdragen med principen för driften av en hårddisk i detta avseende är att informationsutbytet utförs av hela kluster (ett heltal av kedjor av sektorer).

Men hur läses information? Principer för drift av hårddisken magnetiska skivor se ut så här: med hjälp av en speciell konsol rör sig läshuvudet i radiell (spiral) riktning till önskat spår och, när det roteras, placeras ovanför den givna sektorn, och alla huvuden kan röra sig samtidigt och läsa samma information inte bara från olika spår, men också från olika skivor (plattor). Alla spår med samma serie nummer kallas cylindrar.

Samtidigt kan ytterligare en princip för hårddiskdrift urskiljas: ju närmare läshuvudet är den magnetiska ytan (men inte vidrör den), desto högre blir inspelningstätheten.

Hur skrivs och läses information?

Hårddiskar, eller hårddiskar, kallades magnetiska eftersom de använder magnetismens fysiklagar, formulerade av Faraday och Maxwell.

Som redan nämnts är plattor gjorda av icke-magnetiskt känsligt material belagda med en magnetisk beläggning, vars tjocklek bara är några mikrometer. Under arbetets gång uppstår ett magnetfält som har den så kallade domänstrukturen.

Den magnetiska domänen är en magnetiserad region av en ferrolegering strikt begränsad av gränser. Vidare kan principen för en hårddisks funktion kortfattat beskrivas enligt följande: när ett externt magnetfält appliceras börjar skivans eget fält orientera sig strikt längs magnetlinjerna, och när stöten upphör, uppstår zoner med kvarvarande magnetisering på diskarna, där informationen som tidigare fanns i huvudfältet lagras. .

För att skapa yttre fält när man skriver svarar läshuvudet, och när man läser skapar den kvarvarande magnetiseringszonen, som är mittemot huvudet, elektromotorisk kraft eller EMF. Vidare är allt enkelt: förändringen i EMF motsvarar enhet i binär kod, och dess frånvaro eller uppsägning är noll. Tidpunkten för ändring av EMF brukar kallas ett bitelement.

Dessutom kan den magnetiska ytan, rent av datavetenskapliga skäl, associeras som en viss prickad sekvens av informationsbitar. Men eftersom platsen för sådana punkter inte kan beräknas helt exakt, är det nödvändigt att ställa in några förutbestämda märken på skivan som hjälpte till att bestämma den önskade platsen. Skapandet av sådana märken kallas formatering (grovt sett, att bryta upp skivan i spår och sektorer kombinerade till kluster).

Den logiska strukturen och funktionsprincipen för hårddisken när det gäller formatering

När det gäller den logiska organisationen av hårddisken kommer formatering först här, där två huvudtyper särskiljs: lågnivå (fysisk) och högnivå (logisk). Utan dessa steg finns det inget sätt att få in hårddisken fungerande skick behöver inte prata. Hur man initierar en ny hårddisk kommer att diskuteras separat.

Lågnivåformatering är fysisk påverkan på HDD yta, vilket skapar sektorer som ligger längs spåren. Det är märkligt att principen för driften av en hårddisk är sådan att varje skapad sektor har sin egen unika adress, som inkluderar numret på själva sektorn, numret på spåret på vilket den är belägen och numret på sidan av plattan. Således, när du organiserar direktåtkomst, samma sak Bagge adresserar direkt till en given adress, och söker inte efter nödvändig information över hela ytan, på grund av vilken hastighet uppnås (även om detta inte är det viktigaste). Observera att när du kör lågnivåformatering absolut all information raderas, och i de flesta fall kan den inte återställas.

En annan sak är logisk formatering (i Windows-system är detta snabbformatering eller snabbformatering). Dessutom är dessa processer tillämpliga på skapandet av logiska partitioner, som är ett område på huvudhårddisken som fungerar enligt samma principer.

Logisk formatering påverkar i första hand systemområdet, som består av startsektorn och partitionstabeller (startpost), filallokeringstabeller (FAT, NTFS, etc.) och rotkatalogen(Rotkatalog).

Information skrivs till sektorer genom klustret i flera delar, och ett kluster kan inte innehålla två identiska objekt (filer). Faktum är att skapandet av en logisk partition, så att säga, skiljer den från huvudet systempartition, vilket gör att informationen som lagras på den, i händelse av fel och misslyckanden, inte kan ändras eller raderas.

Hårddiskens huvudfunktioner

Det verkar som att principen för hårddisken i allmänna termer är lite tydlig. Låt oss nu gå vidare till huvudegenskaperna, som ger en komplett bild av alla möjligheter (eller nackdelar) med moderna hårddiskar.

Funktionsprincipen för hårddisken och huvudegenskaperna kan vara helt annorlunda. För att förstå vad i fråga, pekar vi ut de mest grundläggande parametrarna som kännetecknar alla för närvarande kända lagringsmedier:

• kapacitet (volym);
• hastighet (hastighet för dataåtkomst, läs- och skrivinformation);
• gränssnitt (anslutningsmetod, styrenhetstyp).

Kapacitet är den totala mängd information som kan skrivas och lagras på en hårddisk. Hårddiskindustrin utvecklas så snabbt att hårddiskar med volymer i storleksordningen 2 TB och över idag redan har tagits i bruk. Och som man tror är detta inte gränsen.

Gränssnittet är den viktigaste funktionen. Den avgör exakt hur enheten är ansluten till moderkortet, vilken styrenhet som används, hur läsning och skrivning utförs etc. De huvudsakliga och vanligaste gränssnitten är IDE, SATA och SCSI.

Enheter med ett IDE-gränssnitt är inte dyra, men de största nackdelarna inkluderar ett begränsat antal samtidigt anslutna enheter (max fyra) och en låg dataöverföringshastighet (även om Ultra DMA direkt minnesåtkomst eller Ultra ATA-protokoll (läge 2 och läge 2 och Läge 2) stöds. 4). Även om användningen av dem, som man tror, ​​låter dig öka läs-/skrivhastigheten till nivån 16 Mb/s, men i verkligheten är hastigheten mycket lägre. Dessutom kan du använda UDMA-läget måste du installera en speciell drivrutin, som i teorin bör levereras komplett med moderkort.

På tal om vad som är principen för driften av en hårddisk och egenskaper, kan man inte ignorera och som är efterföljaren till IDE ATA-versionen. Fördelen med denna teknik är att läs/skrivhastigheten kan ökas upp till 100 Mb/s genom att använda höghastighets Fireware IEEE-1394-bussen.

Till sist, SCSI-gränssnitt jämfört med de två föregående är det den mest flexibla och snabbaste (skriv-/läshastigheten når 160 Mb/s och högre). Men dessa hårddiskar är nästan dubbelt så dyra. Men antalet samtidigt anslutna lagringsenheter är från sju till femton, anslutningen kan göras utan att datorn kopplas ur, och kabellängden kan vara cirka 15-30 meter. Egentligen det här HDD typ används oftast inte i användardatorer, utan på servrar.

Prestanda, som kännetecknar överföringshastigheten och I/O-genomströmningen, uttrycks vanligtvis i termer av överföringstid och mängd sekventiell data som överförs, och uttrycks i Mbps.

Några ytterligare alternativ

När man talar om hur principen för en hårddisk fungerar och vilka parametrar som påverkar dess funktion, kan man inte ignorera några ytterligare egenskaper, vilket kan påverka enhetens prestanda eller till och med livslängden.

Här är i första hand rotationshastigheten, som direkt påverkar sök- och initialiseringstiden (igenkänning) för den önskade sektorn. Detta är den så kallade dolda söktiden - det intervall under vilket den önskade sektorn vänder sig till läshuvudet. Idag har flera standarder antagits för spindelhastighet uttryckt i varv per minut med uppehållstider i millisekunder:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Det är lätt att se att ju högre hastighet, desto mindre tid tar det att söka efter sektorer, och i fysiska termer - att rotera skivan innan du ställer in för huvudet önskad punkt plåtpositionering.

En annan parameter är den interna överföringshastigheten. På yttre spår den är minimal, men ökar med en gradvis övergång till de inre spåren. Således är samma defragmenteringsprocess, som flyttar ofta använda data till de snabbaste områdena på disken, inget annat än att flytta den till ett internt spår med en snabbare läshastighet. Den externa hastigheten har fasta värden och beror direkt på vilket gränssnitt som används.

Slutligen en av viktiga punkter associerad med närvaron av en hårddisk sin egen cache eller buffert. Faktum är att principen för hårddisken när det gäller buffertanvändning är något liknande den operativa eller virtuellt minne. Ju större mängd cacheminne (128-256 KB), desto snabbare kommer hårddisken att fungera.

Huvudkrav för hårddisk

Det finns inte så många grundläggande krav som i de flesta fall gäller för hårddiskar. Huvudsaken - långsiktigt service och tillförlitlighet.

Huvudstandarden för de flesta hårddiskar anses vara en livslängd på cirka 5-7 år med en drifttid på minst femhundratusen timmar, men för avancerade hårddiskar är denna siffra minst en miljon timmar.

När det gäller tillförlitlighet är det S.M.A.R.T. självtestfunktionen som ansvarar för detta, som övervakar status enskilda element hårddisk genom ständig övervakning. Baserat på de insamlade uppgifterna, även en viss prognos för utseendet på möjliga fel ytterligare.

Det säger sig självt att användaren inte ska lämnas utanför. Så, till exempel, när du arbetar med en hårddisk är det extremt viktigt att observera den optimala temperaturregimen (0 - 50 ± 10 grader Celsius), undvika stötar, stötar och fall på hårddisken, damm eller andra små partiklar som kommer in i den , etc. Förresten, många kommer att intressant att veta att samma partiklar av tobaksrök är ungefär två gånger mer avstånd mellan läshuvudet och den magnetiska ytan på hårddisken, och ett människohår - 5-10 gånger.

Initialiseringsproblem i systemet vid byte av en hårddisk

Nu några ord om vilka åtgärder som bör vidtas om användaren av någon anledning ändrade hårddisken eller installerade ytterligare en.

Vi kommer inte att fullständigt beskriva denna process, utan kommer bara att uppehålla oss vid huvudstadierna. Först måste du ansluta hårddisken och titta i BIOS-inställningarna för att se om ny hårdvara har upptäckts, i diskadministrationssektionen, initiera och skapa startrekord, skapa en enkel volym, ge den en identifierare (bokstav) och formatera den med ett val av filsystem. Först efter det kommer den nya "skruven" att vara helt klar för arbete.

Slutsats

Det är i själva verket allt som kortfattat handlar om grunderna i funktionen och egenskaperna hos moderna hårddiskar. Funktionsprincip extern hård disk ansågs inte i grunden här, eftersom den praktiskt taget inte skiljer sig på något sätt från vad som används för stationära hårddiskar. Den enda skillnaden är bara i metoden för att ansluta en extra enhet till en dator eller bärbar dator. Det vanligaste är anslutningen via ett USB-gränssnitt, som är direkt anslutet till moderkortet. Samtidigt, om du vill säkerställa maximal prestanda, är det bättre att använda USB 3.0-standarden (porten inuti är färgad blå), naturligtvis, förutsatt att den externa hårddisken själv stöder det.

För övrigt verkar det som att många åtminstone lite har förstått hur en hårddisk av alla slag fungerar. Kanske gavs för många ämnen ovan, även från en skolfysikkurs, men utan detta kommer det inte att vara möjligt att helt förstå alla grundläggande principer och metoder som är inneboende i produktion och tillämpning av hårddiskar.