De structuur en het werkingsprincipe van een harde schijf. Werking van de harde schijf

Hoe ziet een moderne harde schijf (HDD) er van binnen uit? Hoe het uit elkaar te halen? Wat zijn de namen van de onderdelen en wat zijn de functies ervan algemeen mechanisme slaan ze informatie op? Antwoorden op deze en andere vragen vindt u hieronder. Daarnaast zullen we het verband laten zien tussen Russische en Engelse terminologieën die de componenten beschrijven harde schijven.

Laten we voor de duidelijkheid eens kijken naar de 3,5-inch SATA-schijf. Dit wordt een compleet nieuwe Seagate ST31000333AS terabyte. Laten we onze cavia onderzoeken.

De groene plaat vastgezet met schroeven met een zichtbaar sporenpatroon, stroom- en SATA-connectoren wordt een elektronicabord of besturingsbord (Printed Circuit Board, PCB) genoemd. Zij voert de functies uit elektronische controle werking van de harde schijf. Het werk ervan kan worden vergeleken met het omzetten van digitale gegevens in magnetische vingerafdrukken en het op verzoek weer herkennen ervan. Bijvoorbeeld als een ijverige schrijver met teksten op papier. De zwarte aluminium behuizing en de inhoud ervan worden een HDA (Head en Schijf Vergadering, HDA). Onder specialisten is het gebruikelijk om het een 'blikje' te noemen. De behuizing zelf zonder inhoud wordt ook wel een hermetisch blok (basis) genoemd.

Laten we nu de printplaat verwijderen (u hebt een T-6-sterschroevendraaier nodig) en de componenten onderzoeken die erop zijn geplaatst.

Het eerste dat opvalt is de grote chip in het midden: het System on Chip (SOC). Er zitten twee belangrijke componenten in:

1. De centrale processor die alle berekeningen uitvoert (Central Processor Unit, CPU). De processor heeft invoer-/uitvoerpoorten (IO-poorten) om andere componenten aan te sturen printplaat en gegevensoverdracht via SATA-interface.
2. Lees-/schrijfkanaal - een apparaat dat het analoge signaal afkomstig van de koppen tijdens een leesbewerking omzet in digitale gegevens en tijdens het schrijven digitale gegevens codeert in een analoog signaal. Het bewaakt ook de positionering van de hoofden. Met andere woorden: het creëert magnetische beelden tijdens het schrijven en herkent deze tijdens het lezen.

De geheugenchip is een gewone DDR SDRAM-geheugen. De hoeveelheid geheugen bepaalt de grootte van de cache van de harde schijf. Op deze printplaat is 32 MB Samsung DDR-geheugen geïnstalleerd, wat de schijf in theorie een cache van 32 MB geeft (en dit is precies de hoeveelheid die in technische kenmerken ah harde schijf), maar dit is niet helemaal waar. Feit is dat het geheugen logisch is verdeeld in buffergeheugen (cache) en firmwaregeheugen. De processor heeft een bepaalde hoeveelheid geheugen nodig om firmwaremodules te laden. Voor zover wij weten geeft alleen de HGST-fabrikant de werkelijke cachegrootte aan in de beschrijving van de technische specificaties; ten opzichte van andere schijven, o echt volume cache is een gok. In de ATA-specificatie hebben de opstellers de beperking die daaraan inherent is niet uitgebreid eerdere versies, gelijk aan 16 megabytes. Daarom kunnen programma's geen volume weergeven dat groter is dan het maximum.

De volgende chip is een spilmotor en spreekspoelbesturingscontroller die de hoofdunit beweegt (Voice Coil Motor en Spindle Motor controller, VCM & SM-controller). In het jargon van specialisten is dit een ‘twist’. Bovendien bestuurt deze chip de secundaire voedingen op het bord, die de processor en de voorversterker-schakelaarchip (voorversterker, voorversterker) in de HDA van stroom voorzien. Dit is de grootste energieverbruiker op de printplaat. Het regelt de rotatie van de spil en de beweging van de koppen. Wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, schakelt deze bovendien de stoppende motor over naar de opwekkingsmodus en levert de resulterende energie aan de spreekspoel voor soepel parkeren van de magneetkoppen. De VCM-controllerkern kan zelfs bij temperaturen van 100°C werken.

Een deel van het schijfbesturingsprogramma (firmware) wordt opgeslagen in flashgeheugen (aangegeven in de figuur: Flash). Wanneer de schijf van stroom wordt voorzien, laadt de microcontroller eerst een klein opstart-ROM in zichzelf, herschrijft vervolgens de inhoud van de flashchip in het geheugen en begint code uit het RAM uit te voeren. Zonder correct geladen code zal de schijf de motor niet eens willen starten. Als er geen flashchip op het bord zit, betekent dit dat deze in de microcontroller is ingebouwd. Op moderne schijven (vanaf ongeveer 2004 en nieuwer, maar de uitzondering zijn harde schijven) Samsung-schijven en ze hebben ook stickers van Seagate) het flashgeheugen bevat tabellen met codes voor instellingen van mechanica en koppen, die uniek zijn voor een bepaalde HDA en niet op een andere passen. Daarom eindigt de ‘switch controller’-bewerking altijd doordat de schijf ‘niet wordt gedetecteerd in het BIOS’ of wordt bepaald door de interne fabrieksnaam, maar deze biedt nog steeds geen toegang tot gegevens. Voor de Seagate 7200.11-schijf in kwestie leidt het verlies van de originele inhoud van het flashgeheugen tot een volledig verlies van toegang tot informatie, aangezien het niet mogelijk zal zijn om de instellingen te selecteren of te raden (in ieder geval is een dergelijke techniek niet mogelijk). bekend bij de auteur).

Op het YouTube-kanaal van R.Lab staan ​​verschillende voorbeelden van het herschikken van een bord door het opnieuw solderen van een microschakeling van een defect bord naar een werkend bord:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX printplaat vervangen
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ printplaat vervangen

De schoksensor reageert op trillingen die gevaarlijk zijn voor de schijf en stuurt daarover een signaal naar de VCM-controller. De VCM parkeert de koppen onmiddellijk en kan voorkomen dat de schijf draait. In theorie zou dit mechanisme de schijf moeten beschermen tegen verdere schade, maar in de praktijk werkt het niet, dus laat de schijven niet vallen. Zelfs als u valt, kan de spilmotor vastlopen, maar daarover later meer. Op sommige schijven is de trillingssensor zeer gevoelig en reageert op de geringste mechanische trillingen. Dankzij de gegevens die van de sensor worden ontvangen, kan de VCM-controller de beweging van de koppen corrigeren. Naast de belangrijkste zijn op dergelijke schijven twee extra trillingssensoren geïnstalleerd. Op ons bord zijn geen extra sensoren gesoldeerd, maar er zijn plaatsen voor - aangegeven in de afbeelding als "Trillingssensor".

Er staat er nog één op het bord beschermend apparaat– Transiënte spanningsonderdrukking (TVS). Het beschermt het bord tegen stroompieken. Tijdens een stroomstoot brandt de TVS door, waardoor er een stroom ontstaat kortsluiting naar de grond. Dit bord heeft twee TVS, 5 en 12 volt.

De elektronica voor oudere schijven was minder geïntegreerd, waarbij elke functie verdeeld was over een of meer chips.

Laten we nu eens kijken naar de HDA.

Onder het bord bevinden zich contacten voor de motor en koppen. Bovendien zit er een klein, bijna onzichtbaar gaatje in het schijflichaam (ademgat). Het dient om de druk gelijk te maken. Veel mensen denken dat er een vacuüm in de harde schijf zit. Eigenlijk is dit niet waar. Voor de aerodynamische afzet van de hoofden boven het oppervlak is lucht nodig. Door dit gat kan de schijf de druk binnen en buiten het insluitingsgebied gelijk maken. MET binnen dit gat is afgedekt met een ademfilter, dat stof- en vochtdeeltjes opvangt.

Laten we nu eens een kijkje nemen in de insluitingszone. Verwijder het schijfdeksel.

Het deksel zelf is niets interessants. Het is gewoon een stalen plaat met een rubberen pakking om stof buiten te houden. Laten we tot slot eens kijken naar het vullen van de insluitingszone.

Informatie wordt opgeslagen op schijven, ook wel "platters" genoemd, magnetische oppervlakken of platen. Gegevens worden aan beide zijden geregistreerd. Maar soms is de kop niet aan één kant geïnstalleerd, of is de kop fysiek aanwezig, maar is deze in de fabriek uitgeschakeld. Op de foto zie je de bovenplaat die overeenkomt met de kop met het hoogste nummer. De platen zijn gemaakt van gepolijst aluminium of glas en zijn bedekt met verschillende lagen van verschillende samenstellingen, waaronder een ferromagnetische substantie waarop de gegevens daadwerkelijk worden opgeslagen. Tussen de platen, maar ook boven de bovenkant ervan, zien we speciale inzetstukken die verdelers of scheiders worden genoemd. Ze zijn nodig om de luchtstromen gelijk te maken en akoestische ruis te verminderen. In de regel zijn ze gemaakt van aluminium of plastic. Aluminiumafscheiders kunnen beter omgaan met het koelen van de lucht in de insluitingszone. Hieronder ziet u een voorbeeld van een model voor de doorgang van de luchtstroom in een hermetische eenheid.

Zijaanzicht van de platen en scheiders.

Lees-schrijfkoppen (koppen) zijn geïnstalleerd aan de uiteinden van de beugels van de magneetkopeenheid, of HSA (Head Stack Assembly, HSA). De parkeerzone is het gebied waar de koppen van een gezonde schijf zich zouden moeten bevinden als de spil wordt gestopt. Bij deze schijf bevindt de parkeerzone zich dichter bij de spil, zoals te zien is op de foto.

Op sommige opritten wordt geparkeerd op speciale plastic parkeerterreinen buiten de platen.

Parkeerplaats voor opslag West-digitaal 3.5”

In het geval dat de koppen in de platen worden geparkeerd, is een speciaal gereedschap nodig om het blok magneetkoppen te verwijderen. Zonder dit is het erg moeilijk om de BMG zonder schade te verwijderen; Voor extern parkeren kunt u plastic buizen van geschikte grootte tussen de koppen plaatsen en het blok verwijderen. Hoewel er ook trekkers voor dit geval zijn, maar deze zijn eenvoudiger van ontwerp.

De harde schijf is een en daarom normale werking Er is zeer schone lucht nodig. Tijdens gebruik kunnen zich microscopisch kleine metaal- en vetdeeltjes in de harde schijf vormen. Om de lucht in de schijf onmiddellijk te reinigen, is er een recirculatiefilter. Dit is een hightech apparaat dat voortdurend kleine deeltjes verzamelt en opvangt. Het filter bevindt zich in het pad van luchtstromen dat ontstaat door de rotatie van de platen

Laten we nu de bovenste magneet verwijderen en kijken wat eronder verborgen zit.

IN harde schijven Er wordt gebruik gemaakt van zeer krachtige neodymiummagneten. Deze magneten zijn zo krachtig dat ze tot 1300 keer hun eigen gewicht kunnen tillen. Plaats uw vinger dus niet tussen de magneet en metaal of een andere magneet; de klap zal zeer gevoelig zijn. Op deze foto zijn de BMG-begrenzers te zien. Hun taak is om de beweging van de hoofden te beperken en ze op het oppervlak van de platen achter te laten. BMG-begrenzers verschillende modellen Ze zijn verschillend ontworpen, maar er zijn er altijd twee; ze worden op alle moderne harde schijven gebruikt. Bij onze aandrijving bevindt de tweede begrenzer zich op de onderste magneet.

Dit is wat je daar kunt zien.

Ook zien we hier een spreekspoel, die deel uitmaakt van de magnetische kopeenheid. De spoel en de magneten vormen de VCM-aandrijving (Voice Coil Motor, VCM). De aandrijving en het blok magnetische koppen vormen een positioner (actuator) - een apparaat dat de koppen beweegt.

Het zwarte plastic onderdeel met een complexe vorm wordt een actuatorgrendel genoemd. Het is verkrijgbaar in twee soorten: magnetisch en luchtslot. Magnetisch werkt als een eenvoudige magnetische grendel. De vrijgave vindt plaats door te voeren elektrische impuls. De luchtgrendel laat de BMG los nadat de spilmotor voldoende snelheid heeft bereikt zodat de luchtdruk de grendel uit het pad van de spreekspoel kan bewegen. De houder beschermt de hoofden tegen wegvliegen in het werkgebied. Als de grendel om wat voor reden dan ook zijn functie niet vervult (de schijf is gevallen of geraakt terwijl deze aan stond), dan blijven de koppen aan het oppervlak plakken. Bij 3,5“-schijven scheurt de daaropvolgende activering eenvoudigweg de koppen af ​​vanwege het hogere motorvermogen. Maar de 2,5" heeft minder motorvermogen en de kansen om gegevens te herstellen door de originele hoofden uit gevangenschap te bevrijden zijn vrij groot.

Laten we nu het magnetische kopblok verwijderen.

De precisie en soepele beweging van de BMG wordt ondersteund door een precisielager. Het grootste deel van de BMG, gemaakt van een aluminiumlegering, wordt meestal een beugel of tuimelaar (arm) genoemd. Aan het uiteinde van de tuimelaar zitten koppen op een veerophanging (Heads Gimbal Assembly, HGA). Meestal worden de koppen en tuimelaars zelf meegeleverd verschillende fabrikanten. Flexibele kabel(Flexible Printed Circuit, FPC) gaat naar de pad die op de besturingskaart wordt aangesloten.

Laten we de componenten van de BMG eens nader bekijken.

Een spoel verbonden met een kabel.

Handelswijze.

De volgende foto toont de BMG-contacten.

De pakking zorgt voor de dichtheid van de verbinding. Lucht kan dus alleen met schijven en koppen de unit binnenkomen via het drukvereffeningsgat. Deze schijf heeft contacten bedekt met een dun laagje goud om oxidatie te voorkomen. Maar aan de kant van de elektronische kaart vindt er vaak oxidatie plaats, wat leidt tot een defect aan de harde schijf. Je kunt oxidatie van de contacten verwijderen met een gum.

Dit is een klassiek rockerontwerp.

De kleine zwarte onderdelen aan de uiteinden van de veerhangers worden sliders genoemd. Veel bronnen geven aan dat sliders en heads hetzelfde zijn. In feite helpt de schuifregelaar bij het lezen en schrijven van informatie door de kop boven het oppervlak van de magnetische schijven te heffen. Op moderne harde schijven bewegen de koppen zich op een afstand van 5-10 nanometer van het oppervlak. Ter vergelijking: een mensenhaar heeft een diameter van ongeveer 25.000 nanometer. Als er een deeltje onder de schuif terechtkomt, kan dit leiden tot oververhitting van de koppen als gevolg van wrijving en het falen ervan. Daarom is de zuiverheid van de lucht in het insluitingsgebied zo belangrijk. Stof kan ook krassen veroorzaken. Hieruit worden nieuwe stofdeeltjes gevormd, maar nu magnetisch, die aan de magnetische schijf blijven plakken en nieuwe krassen veroorzaken. Dit leidt ertoe dat de schijf snel bedekt raakt met krassen of, in het jargon, ‘gezaagd’. In deze toestand werken noch de dunne magnetische laag, noch de magnetische koppen meer, en klopt de harde schijf (click of death).

De lees- en schrijfkopelementen zelf bevinden zich aan het uiteinde van de schuifregelaar. Ze zijn zo klein dat ze alleen met een goede microscoop te zien zijn. Hieronder ziet u een voorbeeld van een foto (rechts) door een microscoop en een schematische weergave (links) van de relatieve positie van de schrijf- en leeselementen van het hoofd.

Laten we het oppervlak van de schuifregelaar eens nader bekijken.

Zoals je kunt zien, is het oppervlak van de slider niet vlak, maar heeft het aerodynamische groeven. Ze helpen de vlieghoogte van de slider te stabiliseren. De lucht onder de schuif vormt een luchtkussen (Air Bearing Surface, ABS). Het luchtkussen zorgt ervoor dat de schuif bijna parallel loopt aan het oppervlak van de pannenkoek.

Hier is nog een afbeelding van de schuifregelaar.

De hoofdcontacten zijn hier duidelijk zichtbaar.

Dit is er nog een belangrijk onderdeel BMG, waarover nog niet is gesproken. Het wordt een voorversterker (voorversterker) genoemd. Een voorversterker is een chip die de koppen aanstuurt en het signaal versterkt dat er naartoe of vandaan komt.

De voorversterker wordt om een ​​heel eenvoudige reden rechtstreeks in de BMG geplaatst: het signaal dat uit de koppen komt, is erg zwak. Op moderne schijven heeft het een frequentie van meer dan 1 GHz. Als u de voorversterker buiten de hermetische zone plaatst, bijv zwak signaal zal sterk verzwakken op weg naar de besturingskaart. Het is onmogelijk om de versterker rechtstreeks op de kop te installeren, omdat deze tijdens bedrijf aanzienlijk opwarmt, waardoor het voor een halfgeleiderversterker onmogelijk is om te werken; vacuümbuisversterkers van zulke kleine afmetingen zijn nog niet uitgevonden.

Er lopen meer sporen van de voorversterker naar de koppen (aan de rechterkant) dan naar het containmentgebied (aan de linkerkant). Feit is dat een harde schijf niet tegelijkertijd met meer dan één kop kan werken (een paar schrijf- en leeselementen). De harde schijf stuurt signalen naar de voorversterker en selecteert de kop waartoe de harde schijf momenteel toegang heeft.

Genoeg over de koppen, laten we de schijf verder demonteren. Verwijder de bovenste afscheider.

Dit is hoe hij eruit ziet.

Op de volgende foto ziet u het opvanggebied met de bovenste afscheider en het kopblok verwijderd.

De onderste magneet werd zichtbaar.

Nu de klemring (schotels klem).

Deze ring houdt het platenblok bij elkaar, waardoor ze niet ten opzichte van elkaar kunnen bewegen.

Pannenkoeken worden op een spindelnaaf geregen.

Nu niets de pannenkoeken meer vasthoudt, verwijder je de bovenste pannenkoek. Dat is wat eronder zit.

Nu is duidelijk hoe ruimte voor de koppen wordt gecreëerd – er zitten afstandsringen tussen de pannenkoeken. De foto toont de tweede pannenkoek en de tweede scheider.

De afstandsring is een uiterst nauwkeurig onderdeel gemaakt van een niet-magnetische legering of polymeren. Laten we het eraf halen.

Laten we al het andere uit de schijf halen om de onderkant van het hermetische blok te inspecteren.

Zo ziet het drukvereffeningsgat eruit. Deze bevindt zich direct onder het luchtfilter. Laten we het filter eens nader bekijken.

Omdat de lucht die van buiten komt noodzakelijkerwijs stof bevat, bestaat het filter uit meerdere lagen. Het is veel dikker dan het circulatiefilter. Soms bevat het silicageldeeltjes om de luchtvochtigheid tegen te gaan. Als de harde schijf echter in water wordt geplaatst, komt deze via het filter naar binnen! En dit betekent helemaal niet dat het water dat binnenkomt schoon zal zijn. Zouten kristalliseren op magnetische oppervlakken en er wordt schuurpapier in plaats van platen meegeleverd.

Nog even over de spilmotor. Het ontwerp wordt schematisch weergegeven in de figuur.

In de spilnaaf is een permanente magneet bevestigd. De statorwikkelingen, die het magnetische veld veranderen, zorgen ervoor dat de rotor gaat roteren.

Er zijn twee typen motoren: met kogellagers en met hydrodynamische lagers (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Balpennen worden al meer dan 10 jaar niet meer gebruikt. Dit komt door het feit dat hun ritme hoog is. Bij een hydrodynamisch lager is de slingering veel lager en werkt het veel stiller. Maar er zijn ook een paar nadelen. Ten eerste kan het vastlopen. Dit fenomeen deed zich niet voor bij ballen. Als de kogellagers het begaven, begonnen ze een hard geluid te maken, maar de informatie was, hoewel langzaam, leesbaar. Nu moet u in het geval van een lagerwig gebruiken speciaal gereedschap Verwijder alle schijven en installeer ze op een werkende spilmotor. De operatie is zeer complex en leidt zelden tot succesvol gegevensherstel. Een wig kan ontstaan ​​door een plotselinge positieverandering als gevolg van van groot belang Corioliskracht die op de as inwerkt en tot buiging leidt. Zo zitten er externe 3,5” schijven in een doos. De doos stond verticaal, raakte hem aan en viel horizontaal. Het lijkt erop dat hij niet ver heeft gevlogen?! Maar nee - de motor zit vast en er kan geen informatie worden verkregen.

Ten tweede kan er smeermiddel uit een hydrodynamisch lager lekken (het is vloeibaar, er is behoorlijk veel van, in tegenstelling tot het gel-smeermiddel dat in kogellagers wordt gebruikt) en op de magnetische platen terechtkomen. Om te voorkomen dat smeermiddel op magnetische oppervlakken terechtkomt, gebruikt u smeermiddel met deeltjes die magnetische eigenschappen hebben en hun magnetische vallen opvangen. Ze gebruiken ook een absorptiering rond de plaats van een mogelijk lek. Oververhitting van de schijf draagt ​​bij aan lekkage, dus het is belangrijk om dit te controleren temperatuur omstandigheden operatie.

Het verband tussen Russische en Engelse terminologie werd verduidelijkt door Leonid Vorzjev.

Update 2018, Sergej Jatsenko

Reproductie of citeren is toegestaan, mits de verwijzing naar het origineel behouden blijft.

Instructies

Het ontwerp van de harde schijf bestaat uit een blok metalen schijven met een speciale coating die de effecten van een magnetisch veld kunnen onthouden en opslaan. Moderne ontwerpen bestaan ​​uit 1-3 schijven die perfect uitgebalanceerd zijn en een perfect vlak oppervlak hebben, omdat de rotatiesnelheid vrij hoog is en reikt van 7200 tot 10.000 rpm, en de positioneringsnauwkeurigheid van de koppen hoog moet zijn.

Er worden speciale magneetkoppen gebruikt om informatie op de schijf te schrijven en te lezen. Meestal twee per schijf - aan beide kanten. Bij blootstelling aan stroompulsen vormen de koppen een magnetisch veld en magnetiseren ze een deel van de schijf met een magnetisch moment in een bepaalde richting (logische "één" of logische "nul"). Het opnameproces wordt uitgevoerd door op het gewenste tijdstip een stroompuls toe te passen, waarbij de magneetkop wordt geplaatst op de juiste plaats. Bij het lezen van informatie van een schijf reageren de koppen op veranderingen in het magnetische veld door de stroom daarin op te wekken. Analoog signaal dit type wordt gelezen en omgezet naar digitaal. In deze vorm wordt het overgebracht naar het computersysteem.

Informatie op een magnetische schijf wordt in de vorm van geconcentreerde cirkels op sporen geplaatst en opgeslagen. Alle magneetkoppen van de harde schijf vormen één gemeenschappelijk blok. Ga tegelijkertijd van het ene schijftrack naar het andere. Eén kop bedient één zijde van de schijf. Dat wil zeggen dat de koppen zich op elk moment op hetzelfde spoor boven verschillende schijven bevinden. Dus dit setje de sporen vormen een cilinder. IN de laatste tijd Voor het bewegen van de magneetkoppen wordt gebruik gemaakt van een solenoïdeaandrijving. Ze bewegen rond hun as. Spoel vast met achterkant hoofden, beweegt ze boven het oppervlak van de schijf met behulp van een elektromagneet. De koppen mogen de schijf niet raken wanneer ze zijn losgekoppeld van de voeding, ze worden van het oppervlak naar de zijkant verplaatst.

Elke schijftrack is verdeeld in sectoren - de kleinste elementen van schijfruimte met een opslagcapaciteit van 512 bytes. De totale geheugencapaciteit van een harde schijf kan worden bepaald door het product van het aantal koppen, cilinders en sectoren. Het is ook de moeite waard om te overwegen dat tijdens de vervaardiging van schijven defecte sectoren en sporen worden gevormd. Dit proces kan niet worden vermeden. Met deze gebieden wordt tijdens de exploitatie geen rekening gehouden. Het belangrijkste is dat de schijf zelf het vereiste totale volume heeft.

De logische plaatsing van koppen, cilinders en sectoren wijkt doorgaans af van de fysieke plaatsing en wordt aangegeven op de cover van de harde schijf. Parameters ingeschakeld harde schijf worden ingevoerd door het Setup-programma en vervolgens werkt de computer met een logische uitsplitsing. Het coördineren van fysieke en Booleaanse waarden apparaat wordt een speciale procedure gebruikt: vertaling van schijfparameters. Dit blok bevindt zich op de harde schijf zelf en zet logische gangen om in fysieke gangen, waardoor toegang wordt geboden tot het gewenste deel van de fysieke schijf.

Pagina 1 van 6

Korte beschrijving van de principes hard werken schijven.

Hoe werkt een harde schijf?

In de regel zijn alle gebruikers geïnteresseerd in één vraag: is de schijf "snel"? Het antwoord hierop is dubbelzinnig en vereist een verhaal over de volgende kenmerken:

• Rotatiesnelheid van de schijf
• Positioneringsvertraging
• Tijd voor gegevenstoegang
• Cache van harde schijf
• Gegevens op schijf plaatsen
• Wisselsnelheid tussen processor en schijf
• Interface (IDE of SCSI)

Rotatiesnelheid van de schijf

Aantal sectoren per track

Zoektijd/kopschakeltijd/cilinderschakeltijd

Positioneringsvertraging

Tijd voor gegevenstoegang

Cache van harde schijf

Gegevens op schijf plaatsen

Iedereen weet sinds het begin van het pc-tijdperk dat de schijfconfiguratie wordt bepaald door het aantal cilinders, koppen en sectoren op een track. Hoewel het een paar jaar geleden verplicht was om al deze schijfparameters in het SETUP-programma op te geven, is dit niet langer het geval. Strikt genomen zijn dit de schijfparameters die u ziet in de sectie SETUP Standard CMOS-installatie hebben in de regel niets te maken met de echte parameters van de schijf, en het zal je misschien opvallen dat deze parameters veranderen afhankelijk van het type vertaling van de schijfgeometrie - Normaal, LBA En Groot. Normaal- de geometrie is in overeenstemming met de documentatie van de fabrikant voor de schijf en staat DOS niet toe om meer dan 504 Mb (1 Mb - 1048576 bytes) te zien. LBA- Logisch blokadres - met deze instelling kunt u DOS-schijven tot 4 Gb zien. Groot gebruikt door een besturingssysteem zoals Unix. De in SETUP ingestelde parameters worden door de besturingslogica van de harde schijf omgezet in echte parameters. Veel moderne besturingssystemen werken met de schijf via LBA en omzeilen het BIOS.

Harde schijf ("harde schijf", hdd, harde schijf - nl.) - een apparaat voor informatieopslag gebaseerd op magnetische platen en het magnetisme-effect.

Van toepassing overal V personal computers, laptops, servers enzovoort.

Apparaat met harde schijf. Hoe werkt een harde schijf?

Op de vloer hermetisch afgesloten het blok bevat dubbelzijdige platen, met magnetische laag, aangeplant motor as en roterend met snelheden van 5400 toerental Het blok is niet volledig afgedicht, maar het belangrijkste is dat het niet lekt fijne deeltjes en laat het niet toe vochtigheid verandert. Dit alles heeft een nadelig effect op de levensduur en kwaliteit van de harde schijf.

Op moderne harde schijven zijn . Dit produceert minder geluid tijdens het gebruik, verhoogt de duurzaamheid aanzienlijk en verkleint de kans op vastlopen van de as door bezwijken.

Lezen en schrijven gebeurt met behulp van hoofd blok.

In werkende staat, hoofden zweven boven het schijfoppervlak op een afstand ~10nm. Ze zijn aerodynamisch en opstaan boven het oppervlak van de schijf vanwege opwaartse luchtstroom van een roterende plaat. Magnetische koppen kunnen worden gelokaliseerd aan beide kanten platen, als magnetische lagen aan elke kant van de magnetische schijf worden afgezet.

Het aangesloten hoofdblok heeft vaste positie, dat wil zeggen, de hoofden bewegen allemaal samen.

Alle hoofden worden bestuurd door een special drijfveer gebaseerd op elektromagnetisme.

Neodymium magneet creëert magnetisch veld, waarbij met hoge snelheid Bij reacties onder invloed van stroom kan de hoofdunit bewegen. Dit is het beste en meest snelle optie het hoofdblok bewoog, maar ooit bewoog het hoofdblok mechanisch, met behulp van tandwielen.

Wanneer de schijf is uitgeschakeld, om te voorkomen dat de koppen op de schijf vallen en beschadigd hem, ze zijn aan het opruimen hoofd parkeerplaats(parkeerzone, parkeerzone).

Hierdoor kunt u ook uitgeschakelde harde schijven onbeperkt vervoeren. Wanneer uitgeschakeld, is de schijf bestand tegen zware lasten en niet beschadigd raken. Wanneer ingeschakeld, kan zelfs een kleine schok onder een bepaalde hoek de magnetische laag van de schotel vernietigen of de koppen beschadigen bij aanraking van de schijf.

Naast het verzegelde gedeelte hebben moderne harde schijven een externe besturingsbord. Er waren eens alle besturingskaarten in uitbreidingssleuven op het moederbord van de computer. Het was niet handig in termen van veelzijdigheid en mogelijkheden. Tegenwoordig bevindt bij harde schijven alle elektronica die de schijf en de interface aanstuurt zich op een klein bordje aan de onderkant van de harde schijf. Dankzij dit is het mogelijk om elke schijf te configureren volgens bepaalde parameters die voordelig zijn vanuit het oogpunt van de structuur, waardoor deze een snelheidswinst of meer oplevert rustig werk Bijvoorbeeld.

Om de interface en de stroom aan te sluiten, worden standaard algemeen aanvaarde connectoren gebruikt / en Molex/Voeding SATA.

Eigenaardigheden.

Harde schijven wel de meest ruime bewaarders van informatie en relatief betrouwbaar. Schijfvolumes groeien voortdurend, maar de laatste tijd is dit te wijten aan sommigen moeilijkheden en om het volume verder uit te breiden zijn nieuwe technologieën nodig. We kunnen zeggen dat harde schijven bijna een rechte lijn hebben bereikt maximale kansen. De verspreiding van harde schijven werd vooral gedreven door de ratio prijsvolume. In de meeste gevallen kost een gigabyte schijfruimte minder dan 2,5 roebel.

Voor- en nadelen van harde schijven vergeleken met .

Vóór de komst van solid state SSD(solid-state schijf) - harde schijven hadden geen concurrenten. Nu hebben harde schijven een richting waarnaar ze moeten streven.

Nadelen van harde schijven(harde schijf)(ssd) aandrijvingen:

• lage sequentiële leessnelheid
• lage toegangssnelheid
• lage leessnelheid
• iets lagere schrijfsnelheid
• trillingen en lichte geluiden tijdens het gebruik

Hoewel harde schijven daarentegen andere hebben belangrijker waarvan de voordelen SSD hamsteraars streven en streven.

Pluspunten harde schijven (harde schijf) vergeleken met vaste toestand (ssd) aandrijvingen:

• aanzienlijk beste indicator volumeprijs
• de beste indicator voor betrouwbaarheid
• groter maximaal volume
• bij een storing is de kans op gegevensherstel veel groter
• de beste optie voor gebruik in mediacentra, vanwege zijn compactheid en groot volume 2,5 schijven

Over wat de moeite waard om op te letten bij het kiezen van een harde schijf kun je kijken in ons artikel ““. Als je dat nodig hebt harde reparatie schijf- of informatieherstel, waarnaar u kunt verwijzen.

Tegenwoordig zou het niet overdreven zijn om te zeggen dat de overgrote meerderheid van de computergebruikers bekend is met het concept van een ‘computerharde schijf’. Ze weten dat elke computer een ‘geheugen’ heeft waarin alle informatie wordt opgeslagen, zoals films, muziek, foto’s, games en programma’s. Slechts weinigen van het totale aantal mensen die graag naar de monitor staren, zijn verder gegaan in het begrijpen van dit mysterieuze opslagapparaat dan de wetenschap dat “dit zo’n rechthoekig ding is waarin alle bestanden op een of andere manier onbegrijpelijk zijn opgeslagen.” En het is precies voor die lezers die dieper willen graven en willen ontdekken hoe een harde schijf werkt, en de structuur ervan willen begrijpen, dat dit artikel is geschreven, waarin we deze kwesties eenvoudig en in het Russisch zullen behandelen.

Hoe werkt de harde schijf van een computer?

Laten we eerst een korte excursie in de geschiedenis maken. De eerste harde schijf werd bijna zestig jaar geleden, in 1957, door IBM gemaakt. Het volume was 5 megabytes - belachelijke cijfers volgens de huidige normen, maar in die tijd was het een echte technologische doorbraak. Na enige tijd creëerden ingenieurs van hetzelfde bedrijf een harde schijf met een capaciteit van 30 MB, en nog eens 30 MB in een verwijderbaar compartiment. Omdat deze schijfstructuur associaties opriep met de markering van de cartridge voor de populaire Winchester-karabijn in Amerika - ".30-30" - gaven de ontwerpers deze harde schijf de codenaam "Winchester". Interessant feit Feit is dat in de moderne tijd in het Westen bijna niemand harde schijven zo noemt, maar in de Russischtalige omgeving heeft deze naam veel steviger wortel geschoten, en heeft ook aanleiding gegeven tot een handige verkorte versie - "schroef", die wordt veel gebruikt in spreektaal.

Ontwerp van harde schijf

Laten we nu direct naar het hoogtepunt van het programma gaan en ermee beginnen interne structuur. Het ontwerp van de harde schijf bestaat uit de volgende componenten.

1. Een blok magnetische schijven of zogenaamd. "pannenkoeken" (van één tot drie stukken in één blok, boven elkaar gelegen) - in wezen belangrijkste element harde schijf. Elke magnetische schijf is gemaakt van aluminium of glas en bedekt met een ferromagnetisch materiaal, vaak chroomdioxide. Gegevens worden met behulp van een magnetische kop naar de magnetische laag geschreven.
2. Magnetisch kopblok - is een tuimelaar die is aangesloten op een versterker-commutatormicroschakeling die het signaal versterkt dat wordt ontvangen bij het lezen van een schijf. Aan de uiteinden van de rockerplaten bevinden zich magnetische koppen, die samenwerken met de magnetische schijf bij het uitvoeren van lees- en schrijfbewerkingen.
3. Spilmotor is een speciale elektromotor die wordt gebruikt om magnetische schijven te versnellen. Afhankelijk van het model harde schijf kan dit cijfer 15.000 tpm bereiken. Het ontwerp van de motor is gebaseerd op het gebruik van lagers (kogel- en hydrodynamisch), waardoor deze stil is en geen trillingen veroorzaakt.
4. Controllerkaart – geïntegreerde schakeling, waarvan de functie is om de werking van de harde schijf te controleren door de signalen die door de magneetkoppen worden verzonden, om te zetten in begrijpelijke signalen voor de computer.

Hoe een harde schijf werkt

Nadat we de afzonderlijke componenten hebben bestudeerd, kunnen we een compleet beeld schetsen van wat er gebeurt en stap voor stap beschrijven hoe de harde schijf van een computer werkt. De harde schijf wordt dus van stroom voorzien - de elektronische controller stuurt een signaal naar de spilmotor, die begint te draaien magnetische schijven, stevig op zijn as bevestigd. Na het bereiken van de vereiste rotatiesnelheid, waarbij er een luchtspleet ontstaat tussen de pannenkoek en het hoofd, waardoor de mogelijkheid van contact wordt geëlimineerd, brengt de rocker de koppen naar hen toe op een "werkafstand", die ongeveer 10 nanometer is (een miljardste van een meter, stel je voor!).

De eerste gegevens die van een ingeschakelde harde schijf worden ontvangen, zijn altijd service-informatie of zogenaamde service-informatie. "nul spoor". Het bevat informatie over de status van de harde schijf en de kenmerken ervan. Als deze informatie om de een of andere reden niet kan worden verkregen, zal het apparaat niet opstarten en niet werken.
Als de servicegegevens succesvol zijn ontvangen en geen fouten bevatten, begint de fase van het werken met informatie die rechtstreeks op de schijf is vastgelegd. Hoogstwaarschijnlijk word je al gekweld door de vraag: "hoe wordt het opgenomen?" Wij antwoorden: magnetische koppen zijn, onder invloed van stroompulsen, in staat delen van de schijf te magnetiseren en daardoor bits te vormen (logische "nullen" en "enen", die van elkaar verschillen in de richting van het magnetische moment). Met andere woorden: alle informatie op de harde schijf van een computer bestaat uit de verschillend gemagnetiseerde delen ervan, die, na te zijn omgezet in gestandaardiseerde signalen, door de computer worden herkend en aan de gebruiker worden gepresenteerd in een vorm die voor hem begrijpelijk is. Opgemerkt moet worden dat deze gebieden strikt gestructureerd zijn - ze vertegenwoordigen de zogenaamde. "sporen", dat wil zeggen ringvormige gebieden op het oppervlak van een magnetische schijf.

Het is belangrijk op te merken dat het kopblok uit één stuk bestaat, dus alle koppen daarin bewegen synchroon - daarom bevinden ze zich altijd op hetzelfde spoor van elke individuele pannenkoek. Op basis hiervan vormen de sporen een cilinder in het verticale vlak. Bovendien bestaat elke track uit segmenten die “sectoren” worden genoemd. Bij het schrijven van informatie naar deze sectoren veranderen magneetkoppen hun magnetisch veld, en bij het lezen van informatie vangen ze deze eenvoudigweg op. Nu we de fysieke structuur van gegevensopslag hebben begrepen, kunnen we concluderen dat het volume van een harde schijf gelijk is aan het product van het aantal cilinders, het aantal koppen en het aantal sectoren.

Uw harde schijf formatteren

Een verhaal over hoe de harde schijf van een computer werkt, kan niet compleet worden genoemd als het het onderwerp formatteren niet raakt. Formatteren is een speciaal proces voor het markeren van het informatieopslaggebied van een harde schijf, waarvan de essentie is om bijvoorbeeld bepaalde structuren te creëren voor toegang tot deze gegevens bestandssysteem, door bepaalde service-informatie vast te leggen. In dit geval worden eerder opgeslagen gegevens vernietigd (maar niet altijd onherstelbaar). Meestal wordt het formatteren uitgevoerd tijdens de installatie (of herinstallatie) op een computer. besturingssysteem, aangezien de beste optie hiervoor een “schone”, geformatteerde schijf is, ontdaan van gegevens van het vorige besturingssysteem. Om niet te verliezen noodzakelijke informatie, wordt de "schroef" in de regel eerst logisch verdeeld in verschillende partities - in dit geval is formattering alleen vereist voor de partitie waarop het besturingssysteem zal worden geïnstalleerd, terwijl de gegevens op de overige partities onaangeroerd blijven, wat is een zeer gebruiksvriendelijke aanpak.