Principiul de funcționare al hdd-ului. Format pentru înregistrarea informațiilor pe o dischetă

Dispozitiv hard disk

Artyom Rubtsov,R.LAB Clarificarea legăturii dintre terminologia rusă și cea engleză a fost făcută de Leonid Vorzhev.

Scopul acestui articol este de a descrie dispozitivul unui hard disk modern, de a vorbi despre componentele sale principale, de a arăta cum arată și cum sunt numite. În plus, vom arăta relația dintre terminologiile rusă și engleză care descriu componentele hard disk-uri.

Pentru claritate, să aruncăm o privire la o unitate SATA de 3,5 inchi. Va fi un Seagate ST31000333AS de terabyte nou-nouț. Să ne examinăm cobai.

Un textolit verde cu piste de cupru, conectori de alimentare și SATA se numește o placă electronică sau o placă de control (Placă de circuit imprimat, PCB). Este folosit pentru a gestiona funcționarea hard disk-ului. Carcasa neagră din aluminiu și conținutul său sunt numite HDA (Head and Disk Assembly, HDA), experții o numesc și „borcan”. Corpul fără conținut se mai numește și HDA (bază).

Acum să scoatem placa de circuit imprimat și să examinăm componentele așezate pe ea.

Primul lucru care vă atrage atenția este un cip mare situat în mijloc - un microcontroler sau procesor (Micro Controller Unit, MCU). Pe hard disk-urile moderne, microcontrolerul este format din două părți - unitatea centrală de procesor (CPU) în sine, care efectuează toate calculele, și canalul de citire / scriere (canal de citire / scriere) - un dispozitiv special care convertește venitul de la capete. semnal analogîn date digitale în timpul unei operații de citire și codifică datele digitale într-un semnal analogic în timpul unei operații de scriere. Procesorul are porturi de intrare-ieșire (porturi IO) pentru controlul altor componente situate pe placa de circuit imprimat și transmiterea datelor prin interfața SATA.

Cipul de memorie este un DDR convențional memorie SDRAM. Cantitatea de memorie determină dimensiunea memoriei cache a hard diskului. Această placă de circuit are o memorie Samsung DDR de 32 MB, care, în teorie, oferă discului un cache de 32 MB (și aceasta este exact cantitatea dată în specificațiile hard disk-ului), dar acest lucru nu este în întregime adevărat. Faptul este că memoria este împărțită logic în memorie tampon (cache) și memorie firmware. Procesorul are nevoie de puțină memorie pentru a încărca module firmware. Din câte știm, doar Hitachi/IBM listează cantitatea reală de cache în foaia de specificații; În ceea ce privește restul unităților, putem doar ghici despre cantitatea de cache.

Următorul cip este controlerul de control al motorului și al unității principale sau „răsucirea” (controlerul motorului bobinei vocale, controlerul VCM). În plus, acest cip controlează sursele de alimentare secundare situate pe placă, de la care sunt alimentate procesorul și cipul de comutare a preamplificatorului (preamplificator, preamplificator) situat în HDA. Acesta este principalul consumator de energie pe placa de circuit imprimat. Controlează rotația axului și mișcarea capetelor. Miezul controlerului VCM poate funcționa chiar și la 100°C.

O parte din firmware-ul unității este stocată în memoria flash. Când discul este alimentat, microcontrolerul încarcă conținutul cipului flash în memorie și începe să execute codul. Fără un cod încărcat corect, discul nici măcar nu va dori să se rotească. Dacă nu există un cip flash pe placă, atunci acesta este încorporat în microcontroler.

Senzorul de vibrații (senzorul de șoc) reacționează la tremurări periculoase pentru disc și trimite un semnal în acest sens către controlerul VCM. VCM parchează imediat capetele și poate opri discul să se rotească. Teoretic, acest mecanism ar trebui să protejeze unitatea de alte daune, dar nu funcționează în practică, așa că nu scăpați discurile. Pe unele discuri, senzorul de vibrații este foarte sensibil, reacționând la cea mai mică vibrație. Datele primite de la senzor permit controlerului VCM să corecteze mișcarea capetelor. Pe astfel de discuri sunt instalați cel puțin doi senzori de vibrații.

Placa are un alt dispozitiv de protecție - suprimarea tensiunii tranzitorii (TVS). Protejează placa de supratensiuni. În timpul unei supratensiuni, televizorul se arde, creând un scurtcircuit la masă. Această placă are două televizoare, 5 și 12 volți.

Acum luați în considerare HDA.

Sub bord sunt contactele motorului și capetelor. În plus, pe corpul discului există o gaură mică, aproape imperceptibilă (gaura de respirație). Servește la egalizarea presiunii. Mulți oameni cred că există un vid în interiorul hard diskului. De fapt nu este. Acest orificiu permite discului să egalizeze presiunea în interiorul și în afara rezervorului. În interior, această gaură este acoperită cu un filtru de respirație, care prinde praful și particulele de umezeală.

Acum să ne uităm în interiorul zonei de izolare. Scoateți capacul discului.

Capacul în sine nu este nimic special. Este doar o bucată de metal cu o garnitură de cauciuc pentru a împiedica praful. În cele din urmă, luați în considerare umplerea zonei de izolare.

Informațiile prețioase sunt stocate pe discuri metalice, numite și clătite sau farfurii (plate). În fotografie vezi placa de sus. Plăcile sunt din aluminiu lustruit sau sticlă și sunt acoperite cu mai multe straturi de diverse compoziții, inclusiv o substanță feromagnetică, pe care, de fapt, sunt stocate datele. Între clătite, precum și deasupra vârfului acestora, vedem plăci speciale numite separatoare sau separatoare (amortizoare sau separatoare). Sunt necesare pentru a egaliza fluxurile de aer și pentru a reduce zgomotul acustic. De regulă, acestea sunt fabricate din aluminiu sau plastic. Separatoarele din aluminiu au mai mult succes în răcirea aerului din interiorul zonei de izolare.

Vedere laterală a clătitelor și a separatoarelor.

Capetele de citire-scriere (capete) sunt instalate la capetele consolelor unității de cap magnetic sau HSA (Head Stack Assembly, HSA). Zona de parcare este zona în care trebuie să fie capetele unui disc sănătos când axul este oprit. Cu acest disc, zona de parcare este situată mai aproape de ax, așa cum se poate vedea în fotografie.

Pe unele unități, parcarea se efectuează pe zone speciale de parcare din plastic situate în afara plăcilor.

Hard disk-ul este un mecanism de poziționare precisă, și pentru el operatie normala este necesar un aer foarte curat. În timpul utilizării, în interiorul hard diskului se pot forma particule microscopice de metal și grăsime. Pentru curățarea imediată a aerului din interiorul discului există un filtru de recirculare. Acesta este un dispozitiv de înaltă tehnologie care colectează și prinde în mod constant cele mai mici particule. Filtrul este situat pe calea fluxurilor de aer create de rotația plăcilor.

Acum să scoatem magnetul de sus și să vedem ce se ascunde sub el.

Hard disk-urile folosesc magneți de neodim foarte puternici. Acești magneți sunt atât de puternici încât își pot ridica de 1.300 de ori propria greutate. Așa că nu puneți degetul între magnet și metal sau alt magnet - lovitura va fi foarte sensibilă. Această fotografie prezintă limitatoarele BMG. Sarcina lor este să limiteze mișcarea capetelor, lăsându-le pe suprafața plăcilor. Limitatoarele BMG de diferite modele sunt aranjate diferit, dar există întotdeauna două dintre ele, sunt folosite pe toate hard disk-urile moderne. Pe unitatea noastră, al doilea limitator este situat pe magnetul de jos.

Iată ce puteți vedea acolo.

Vedem aici și bobina (bobina vocală), care face parte din blocul de capete magnetice. Bobina și magneții formează unitatea VCM (Voice Coil Motor, VCM). Acționarea și blocul capetelor magnetice formează un poziționator (actuator) - un dispozitiv care mișcă capetele. O bucată de plastic neagră de formă complexă se numește zăvor (zăvorul de acționare). Acesta este un mecanism de siguranță care eliberează HMG-ul după ce motorul axului a atins un anumit număr de rotații. Acest lucru se întâmplă din cauza presiunii fluxului de aer. Încuietoarea protejează capetele de mișcări nedorite în poziția de parcare.

Acum să scoatem blocul capetelor magnetice.

Precizia și netezimea mișcării BMG sunt susținute de un rulment de precizie. Cea mai mare parte a BMG, realizată din aliaj de aluminiu, este de obicei numită un suport sau culbutor (braț). La capătul balansoarului sunt capete pe o suspensie cu arc (Heads Gimbal Assembly, HGA). De obicei, capetele și culbutorii sunt furnizate de diferiți producători. Un cablu flexibil (Flexible Printed Circuit, FPC) merge la placa care se cuplează cu placa de control.

Luați în considerare componentele BMG mai detaliat.

O bobină conectată la un cablu.

Ținând.

Următoarea fotografie arată contactele BMG.

Garnitura (garnitura) asigură etanșeitatea conexiunii. Astfel, aerul poate intra în interiorul discului și al unității de cap numai prin orificiul de egalizare a presiunii. Contactele de pe acest disc sunt acoperite cu un strat subțire de aur pentru a îmbunătăți conductivitatea.

Acesta este un design rocker clasic.

Piesele mici negre de la capetele umeraselor cu arc se numesc glisoare. Multe surse indică faptul că glisoarele și capetele sunt unul și același. De fapt, glisorul ajută la citirea și scrierea informațiilor ridicând capul deasupra suprafeței clătitelor. Pe hard disk-urile moderne, capetele se deplasează la o distanță de 5-10 nanometri de suprafața clătitelor. Prin comparație, un păr uman are aproximativ 25.000 de nanometri în diametru. Dacă orice particule intră sub glisor, aceasta poate duce la supraîncălzirea capetelor din cauza frecării și a defecțiunii acestora, motiv pentru care puritatea aerului din interiorul rezervorului este atât de importantă. Elementele de citire și scriere în sine sunt situate la capătul glisorului. Sunt atât de mici încât pot fi văzute doar cu un microscop bun.

După cum puteți vedea, suprafața glisorului nu este plană, are șanțuri aerodinamice. Ele ajută la stabilizarea altitudinii de zbor a glisorului. Aerul de sub glisor formează o pernă de aer (Air Bearing Surface, ABS). Perna de aer menține zborul glisorului aproape paralel cu suprafața clătitei.

Iată o altă imagine slider.

Contactele capului sunt clar vizibile aici.

Acesta este altul parte principală BMG, despre care încă nu s-a discutat. Se numește preamplificator (preamplificator, preamplificator). Un preamplificator este un cip care controlează capetele și amplifică semnalul care vine la sau de la ele.

Preamplificatorul este amplasat direct în BMG dintr-un motiv foarte simplu - semnalul care vine de la capete este foarte slab. Pe discuri moderne are o frecventa de aproximativ 1 GHz. Dacă scoți preamplificatorul din zona de izolare, așa semnal slab se va estompa puternic în drum spre placa de control.

Mai multe piese duc de la preamplificator la capete (dreapta) decât la zona de izolare (stânga). Faptul este că un hard disk nu poate funcționa simultan cu mai mult de un cap (o pereche de elemente de scriere și citire). Hard disk-ul trimite semnale către preamplificator și selectează capul către care acest moment se accesează hard diskul. Acest hard disk are șase piste care duc la fiecare cap. De ce atât de mult? O piesă este sol, încă două sunt pentru elemente de citire și scriere. Următoarele două piste sunt pentru controlul mini-actuatoarelor, dispozitivelor piezoelectrice sau magnetice speciale capabile să miște sau să rotească cursorul. Acest lucru ajută la setarea mai precisă a poziției capetelor deasupra pistei. Ultima cale duce la încălzitor. Încălzitorul este folosit pentru a controla înălțimea de zbor a capetelor. Încălzitorul transferă căldură suspensiei care conectează glisorul și balansoarul. Umerașul este realizat din două aliaje cu caracteristici diferite de dilatare termică. Când este încălzită, suspensia se îndoaie spre suprafața clătitei, reducând astfel înălțimea de zbor a capului. Când este răcită, suspensia se îndreaptă.

Destul de capete, hai să dezasamblam discul în continuare. Scoateți separatorul superior.

Iată cum arată.

În fotografia următoare, puteți vedea zona de izolare cu separatorul superior și ansamblul capului îndepărtate.

Magnetul inferior a devenit vizibil.

Acum inelul de strângere (clema platourilor).

Acest inel ține teancul de plăci împreună, împiedicându-le să se miște unul față de celălalt.

Clătitele sunt înșirate pe un fus (butucul fusului).

Acum că nimic nu ține clătitele, hai să scoatem clătitele de deasupra. Iată ce este dedesubt.

Acum este clar cum este creat spațiul pentru capete - există inele de distanță între clătite. Fotografia prezintă a doua clătită și al doilea separator.

Inelul distanțier este o piesă de înaltă precizie realizată din aliaj nemagnetic sau polimeri. Hai să-l scoatem.

Să scoatem orice altceva din disc pentru a inspecta partea de jos a HDA.

Așa arată gaura de egalizare a presiunii. Este situat direct sub filtrul de aer. Să aruncăm o privire mai atentă la filtru.

Deoarece aerul exterior conține în mod necesar praf, filtrul are mai multe straturi. Este mult mai gros decât filtrul de circulație. Uneori conține particule de silicagel pentru a combate umiditatea aerului.

Salutări tuturor cititorilor blogului. Mulți oameni sunt interesați de întrebarea - cum funcționează un hard disk de computer. Prin urmare, am decis să dedic articolul de astăzi acestui lucru.

HDD un computer (HDD sau hard disk) este necesar pentru a stoca informații după ce computerul este oprit, spre deosebire de RAM () - care stochează informații până când alimentarea este oprită (până când computerul este oprit).

Hard disk-ul, de drept, poate fi numit o adevărată operă de artă, doar de inginerie. Da Da exact. Este atât de complicat în interiorul că totul este aranjat. Momentan în toate lumea grea Disk este cel mai popular dispozitiv pentru stocarea informațiilor, este la egalitate cu dispozitive precum: memorie flash (unități flash), SSD. Mulți oameni au auzit despre complexitatea dispozitivului hard disk și se întreabă cât de multe informații sunt plasate în el și, prin urmare, ar dori să știe cum este aranjat un hard disk al computerului sau în ce constă. Astăzi va exista o astfel de oportunitate).

Un hard disk este alcătuit din cinci părți principale. Și primul dintre ei - circuit integrat , care sincronizează activitatea discului cu computerul și gestionează toate procesele.

A doua parte este motorul electric(ax), face ca discul să se rotească cu o viteză de aproximativ 7200 rpm, iar circuitul integrat menține constantă viteza de rotație.

Și acum al treilea cea mai importantă parte este rockerul, care poate scrie și citi informații. Capătul rockerului este de obicei împărțit, astfel încât să puteți lucra cu mai multe discuri simultan. Cu toate acestea, capul basculant nu intră niciodată în contact cu discurile. Există un decalaj între suprafața discului și cap, dimensiunea acestui spațiu este de aproximativ cinci mii de ori mai mică decât grosimea unui păr uman!

Dar să vedem totuși ce se întâmplă dacă golul dispare și capul basculant intră în contact cu suprafața discului rotativ. Ne amintim încă de la școală că F = m * a (a doua lege a lui Newton, după părerea mea), din care rezultă că un obiect cu o masă mică și o accelerație uriașă devine incredibil de greu. Având în vedere viteza uriașă de rotație a discului în sine, greutatea capului basculant devine foarte, foarte vizibilă. Desigur, deteriorarea discului este inevitabil în acest caz. Apropo, asta s-a întâmplat cu discul, în care acest gol a dispărut dintr-un motiv oarecare:

Important este și rolul forței de frecare, adică. este practic absenta totala când rockerul începe să citească informații, în timp ce se mișcă de până la 60 de ori pe secundă. Dar stai, unde este motorul aici care antrenează balansoarul și chiar și la o asemenea viteză? De fapt, nu este vizibil, deoarece este un sistem electromagnetic care lucrează la interacțiunea a 2 forțe ale naturii: electricitatea și magnetismul. O astfel de interacțiune permite accelerarea rockerului la viteza luminii, în sensul literal.

A patra parte- hard disk-ul în sine, aici se scriu și se citesc informațiile, apropo, pot fi mai multe dintre ele.

Ei bine, a cincea, ultima parte a designului hard disk-ului este, desigur, cazul în care sunt instalate toate celelalte componente. Materialele folosite sunt următoarele: aproape tot corpul este din plastic, dar copertaîntotdeauna metal. Carcasa asamblată este adesea denumită „zonă de izolare”. Există o părere că nu există aer în interiorul zonei de izolare sau, mai degrabă, că există un vid acolo. Această opinie se bazează pe faptul că, la viteze atât de mari de rotație a discului, chiar și un fir de praf care intră înăuntru poate face o mulțime de lucruri rele. Și acest lucru este aproape adevărat, cu excepția faptului că acolo nu există vid - dar există aer purificat, uscat sau gaz neutru - azot, de exemplu. Deși poate mai mult versiuni timpurii hard disk-uri, în loc să curețe aerul - a fost pur și simplu pompat.

Am vorbit despre componente, i.e. din ce este făcut un hard disk. Acum să vorbim despre stocarea datelor.

Cum și sub ce formă sunt stocate datele pe hard diskul unui computer

Datele sunt stocate în piste înguste pe suprafața discului. În timpul producției, peste 200.000 de astfel de piese sunt aplicate pe disc. Fiecare dintre piste este împărțită în sectoare.

Hărțile de traseu și sector vă permit să determinați unde să scrieți sau unde să citiți informațiile. Din nou, toate informațiile despre sectoare și piste se află în memoria unui circuit integrat, care, spre deosebire de alte componente ale unui hard disk, nu se află în interiorul carcasei, ci în exterior și de obicei de jos.

Suprafața discului în sine este netedă și strălucitoare, dar acest lucru este doar la prima vedere. La o examinare mai atentă, structura suprafeței se dovedește a fi mai complexă. Faptul este că discul este realizat dintr-un aliaj metalic acoperit cu un strat feromagnetic. Acest strat face toată treaba. Stratul feromagnetic își amintește toate informațiile, cum? Foarte simplu. Capul basculant magnetizează o zonă microscopică de pe film (stratul ferromagnetic), stabilind momentul magnetic al unei astfel de celule la una dintre stările: 0 sau 1. Fiecare astfel de zero și unul se numesc biți. Astfel, orice informație înregistrată pe un hard disk este, de fapt, anumită secvențăși o anumită cantitate de zerouri și unu. De exemplu, fotografie calitate bună ocupă aproximativ 29 de milioane din aceste celule și este împrăștiată în 12 sectoare diferite. Da, sună impresionant, dar în realitate este o cantitate mare biții ocupă o zonă foarte mică pe suprafața discului. Fiecare centimetru pătrat de suprafață a hard diskului conține câteva zeci de miliarde de biți.

Cum funcționează un hard disk

Tocmai am revizuit dispozitiv greu disc, fiecare dintre componentele sale separat. Acum îmi propun să leg totul într-un anumit sistem, datorită căruia principiul în sine va fi clar muncește din greu disc.

Asa de, cum funcționează un hard diskîn continuare: atunci când hard disk-ul este pus în funcțiune, înseamnă fie că se scrie pe acesta, fie că se citesc informații din acesta, fie din acesta, motorul electric (axul) începe să capete avânt și, din moment ce hard disk-uri fixate pe axul propriu-zis, respectiv, încep să se rotească cu acesta. Și până când viteza discului (discurilor) a atins nivelul la care se formează o pernă de aer între capul balansoarului și disc, balansierul se află într-o „zonă de parcare” specială pentru a evita deteriorarea. Iată cum arată.

Imediat ce viteza atinge nivelul dorit, servomotorul (motorul electromagnetic) pune in miscare basculant, care este deja pozitionat in locul in care doriti sa scrieti sau unde sa cititi informatia. Aceasta doar contribuie circuit integrat, care controlează toate mișcările balansoarului.

Există o opinie răspândită, un fel de mit, că în momente când discul este „inactiv”, adică. nu se efectuează temporar operații de citire/scriere cu acesta, hard disk-urile din interior nu se mai rotesc. Acesta este cu adevărat un mit, deoarece, de fapt, hard disk-urile din interiorul carcasei se rotesc constant, chiar și atunci când hard disk-ul este în Modul de economisire a energiei si nu i se scrie nimic.

Ei bine, aici am examinat cu tine dispozitivul hard disk-ului computerului în toate detaliile. Desigur, în cadrul unui articol, este imposibil să spunem despre tot ce are legătură cu hard disk-urile. De exemplu, în acest articol nu s-a spus despre - acesta este un subiect mare, am decis să scriu un articol separat despre el.

Am găsit un videoclip interesant despre cum funcționează un hard disk în diferite moduri

Vă mulțumim tuturor pentru atenție, dacă nu v-ați abonat încă la actualizările acestui site - vă recomand cu căldură să faceți acest lucru pentru a nu rata interesante și materiale utile. Ne vedem pe paginile blogului!

Principiul de funcționare a unui hard disk este destul de simplu. Un hard disk tipic este format din mai multe componente principale, cum ar fi:

• corp din aliaj rezistent la socuri,
• plăci cu acoperire magnetică,
• bloc de capete cu dispozitiv de poziționare,
• unitate electronică și
• acționare electrică.

Mulți utilizatori cred că hard disk-urile sunt sigilate. Cu toate acestea, nu este cazul - în interior este necesar să se mențină o presiune constantă cu fluctuațiile de temperatură. În acest sens, hard disk-ul este echipat cu un filtru care prinde particule cu un diametru de până la câțiva micrometri.

Unitatea electronică conține propria sa memorie și mai multe subunități care sunt responsabile pentru procesarea semnalului digital, controlul și funcționarea interfeței. Funcționarea hard disk-ului în sine seamănă foarte mult cu structura unui reportofon. Suprafața de lucru a discului se mișcă cu o anumită viteză în raport cu capul de citire. În timpul procedurii de scriere sau citire, capetele plutesc deasupra suprafeței discului pe o pernă de aer. Dacă o bucată de praf intră în spațiul dintre disc și cap, capetele pot lovi suprafața, strica discul și chiar se pot arde.

Un disc magnetic poate fi realizat nu numai din metal, ci și din sticlă, așa cum era cazul modelelor de la IBM. Pe suprafața discului se află un strat magnetic, care servește drept bază pentru înregistrarea informațiilor. Biți de informații sunt înregistrate folosind un cap, care, trecând peste suprafața unui disc rotativ, magnetizează miliarde de zone orizontale discrete - domenii. Fiecare dintre aceste zone este un zero logic sau unul, în funcție de magnetizare.

Inițial, suprafața clătitei este absolut goală, adică domeniile magnetice nu sunt orientate în niciun fel. Pentru a orienta blocul de capete magnetice, pe discul magnetic sunt aplicate semne speciale - marcaje servo. Acest lucru este realizat de blocul „nativ” de capete magnetice, care este controlat la rândul său dispozitiv extern. După partiționare, hard disk-ul în sine este capabil să citească informații și să scrie la suprafață. Cu volume mari de hard disk, sunt instalate mai multe discuri magnetice, care sunt fixate pe motorul axului și formează un teanc de clătite.

Caracteristici

Interfață- în caz general definește locul sau metoda de conectare/contact/conectare. Acest termen este folosit în zone diferite stiinta si Tehnologie. Unitățile moderne pot folosi interfețe SATA, IDE, USB, IEEE 1394 etc.

Dimensiunea fizică(factor de formă) - dimensiunea hard disk instalată. Unitățile pentru computere personale și servere sunt de 3,5 inchi. Hard disk-urile de 2,5 inchi sunt mai des folosite la laptopuri. Alte dimensiuni comune sunt 1,8", 1,3", și 0,85".

Viteza axului este numărul de rotații ale axului pe minut. Timpul de acces și rata de transfer de date depind în mare măsură de acest parametru. În prezent, hard disk-urile sunt produse cu următoarele viteze standard de rotație: 4200, 5400 și 7200 (laptop-uri), 7200 și 10.000 (calculatoare personale), 10.000 și 15.000 rpm (servere și stații de lucru performante).

Timp de acces aleatoriu- Parametrul unui fel de evaluare a vitezei hard disk-ului. LA Limba engleză este utilizat un analog al timpului de acces aleatoriu. Timp mediu de acces pentru modele moderne variază de la 3 la 15 ms. Cum valoare mai mică, cu atât mai bine. Obișnuit, timp minim au discuri de server.

Piața HDD-urilor

Poveste

Nume

Pentru o frază ca hard disk Lingvistii Drive (HDD) folosesc un nume de retronim - un termen inventat de lingvisti pentru un nume deja nou pentru un fenomen existent pentru a-l distinge de ceva mai nou, în acest caz din dischete. Și aici este o situație ciudată: nu există dischete, nu este nevoie să distingem dischetele de hard disk, dar retronimul rămâne, dar acum servește la distingerea HDD de unitățile cu stare solidă. stare solidă Drive / Disk (SSD), care, în general, nu sunt discuri.

Magnofoare uriașe

Succesul discurilor pare un fel de incident. LA dispozitiv mecanic care a devenit parte integrantă sisteme electronice, timpul de mișcare a capetelor este măsurat prin mărimi complet diferite decât viteza procese electronice. Lipsa de armonie în uniunea dintre electronică și mecanică a fost remarcată cu mult timp în urmă, în anii cincizeci, când au fost create primele discuri. Dar atunci nu a existat nicio alternativă la mecanică, deoarece tehnologiile semiconductoare făceau doar primii pași, au fost nevoiți în mod deliberat să meargă la o căsătorie inegală pentru a atinge scopul, dar s-a dovedit a fi mai mult decât de succes. Scopul a fost accesul direct la volume mari (după acele standarde) de date, ceea ce rămânea imposibil atâta timp cât datele erau citite într-un flux fie de pe bandă, fie de pe carduri perforate. Datele citite de la purtător ar putea fi plasate fie într-o formă minusculă memorie cu acces aleator sau faceți schimb și pompați datele din tambur. Unele sisteme de operare aveau utilitare pentru citirea fișierelor de pe benzi, dar acesta a fost un proces teribil de lent.

Pe stadiu timpuriuÎn dezvoltarea sistemelor informatice, hard disk-urile tipice erau doar modele experimentale. Calculatoarele erau ca niște magnetofone uriașe. În principiu, înregistrarea și citirea informațiilor nu diferă în niciun fel de un casetofon obișnuit - datele erau aranjate liniar. Cei care își amintesc și de computerele bazate pe medii cu bandă magnetică știu cum este să aștepți să se încarce următorul nivel - rebobinarea obișnuită a unei casete la locul potrivit.

Primele computere personale au folosit un reportofon convențional cu casete audio ca dispozitiv de stocare. Unitatea de disc pentru ei era un lux inaccesibil. Acei utilizatori care au venit cu o unitate de disc cu computerul lor puteau deja simți o aparență de libertate de acțiune. Primele calculatoare IBM au venit cu una sau două unități de disc.

discurile lui Rabinov

Ideea unui disc ca dispozitiv cu capete care se mișcă prin spațiu se afla la suprafață, iar multe companii au încercat să-l implementeze. Muzeul Calculatoarelor din Mountain View are mai multe versiuni ale discurilor. Succesul comercial a venit la IBM mai devreme decât alții, putând cheltui mai mult pe dezvoltare decât alții, prin urmare, în toate cronicile evoluției discurilor, data 1956 este indicată ca punct de plecare și unitatea de disc care a făcut parte din computer IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), al cărei nume indică direct capacitatea sa unică de acces aleatoriu la acel moment - Random Access Method.

Dar IBM nu a fost primul. Prima unitate de lucru a fost realizată de inventatorul de pepite Yakov Rabinov (1910-1999) în 1951, care și-a dedicat întreaga viață lucrului la Biroul Național de Standarde. S-a născut la Harkov, în original numele său de familie era Rabinovici, după revoluția din 1921 el și părinții săi s-au mutat în China prin China, apoi au lucrat aproape 70 de ani în divizia de cercetare a Biroului Național de Standarde. Rabinov nu a devenit om de știință, dar a fost un geniu pentru invențiile practice, printre care, de exemplu, o tehnologie îmbunătățită de batere care a prelungit durata de viață a monedelor, o invenție care a adus Trezoreriei Statului multe miliarde de economii la producția de metal mic. . Cu toate acestea, doar una dintre invențiile sale - un dispozitiv numit Notched-Disk Magnetic Memory Device - nu i-a adus nici bani, nici recunoaștere pe viață. Era alcătuit din zece „clătite” de 18 inchi, așa cum au început ulterior să numească discuri propriu-zise, ​​cu un segment decupat astfel încât să poată fi schimbate pe ax.

Experții de la IBM au studiat invenția lui Rabinov și nu au ascuns prioritatea. După ce au analizat discul lui Rabinov, în 1953 au lansat raportul „Propuneri de acces aleatoriu la fișierele de date” (A Proposal for Rapid Random Access File), care a devenit baza proiectului RAMAC.

1956: IBM RAMAC - dulap de 975 kg

Anii 2000: Înregistrare magnetică perpendiculară

Când Producătorii de HDD-uri confruntați cu o limită de capacitate la începutul anilor 2000, Toshiba și Seagate au simplificat aranjarea biților de date pe un platou de discuri. Trecerea de la înregistrarea magnetică longitudinală la cea perpendiculară a crescut capacitatea HDD-ului de nu mai puțin de 10 ori.

2012: Densitatea discului s-ar putea dubla până în 2016

Densitatea maximă de stocare pe hard disk s-ar putea dubla până în 2016, potrivit unui nou studiu al IHS iSuppli publicat în 2012. Mai devreme, cu o prognoză similară, producătorul de hard disk-uri compania Seagate a acționat deja. Potrivit analiștilor, acest lucru va extinde utilizarea HDD-ului în sistemele cu volume mari date, inclusiv sisteme audio și vizuale.

O serie de tehnologii la care vânzătorii lucrează în prezent vor permite creșterea densității hard disk-urilor, în special, tehnologia de înregistrare magnetică asistată de căldură (HAMR), pe care Seagate a brevetat-o ​​încă din 2006. Compania a mai spus că ar putea lansa o unitate de 60TB de 3,5 inci până în 2016. Unitățile de laptop ar putea ajunge la 10-20 TB în același timp, a spus IHS iSuppli într-o prognoză.

De asemenea, analiștii mai notează că densitatea de înregistrare va crește până la un maxim de 1800 Gb pe inch pătrat până în 2016, în 2011 aceeași cifră era de 744 Gb. Potrivit IHS iSuppli, densitatea discurilor va crește la 1800 Gbps până în 2016 de la 744 Gbps în 2011. Din 2011 până în 2016, creșterea densității înregistrărilor HDD va crește cu o medie de 19% pe an.

Începând cu data lansării studiului HDD de atunci densitate maximă lansat de Seagate în septembrie 2011: se potrivește cu 4TB de date, dimensiunea discului este de 3,5 inchi. Densitatea discului este de 625 Gbps pe inch pătrat.

HDD HAMR, care folosește un laser pe capul de citire/scriere al hard disk-ului pentru a împacheta mai dens biți mai mici pe un disc care se rotește în comparație cu înregistrarea magnetică tradițională.

Ideea modernă a discurilor

Discurile au evoluat pe mai multe linii principale:

val de curent de interes public la SDD nu ar trebui să pună la îndoială viitorul HDD-urilor, aceste unități au trăit și vor trăi, dezvoltându-se și îmbunătățindu-se constant. O unitate de 20 TB va fi disponibilă în curând, iar producția totală crește constant cu 1-3% pe an.

crește viteza și capacitatea discurilor; îmbunătățirea accesului la datele înregistrate pe acestea; căutarea de tehnologii alternative în stare solidă;

Dezvoltarea în prima direcție a dus la apariția unor astfel de HDD-uri care sunt capabile să stocheze volume de terabyte și să suporte viteze mari schimb valutar.

Pe de altă parte - la crearea de hardware și software care sprijină funcționarea discurilor: sisteme de fișiere, capabil să suporte discuri terabyte și să facă abstracție de la fizica stocării, incl. interfețe de mare viteză, matrice RAID care oferă o fiabilitate ridicată a stocării, rețelelor Stocare SANși unități de rețea NAS.

Pe al treilea - la apariția dispozitivelor cu stare solidă la nivel de întreprindere foarte recent create (Solid State Device, SSD) în combinație cu interfața NVMe concentrată pe aceste dispozitive. Acum s-a deschis posibilitatea „stocării inteligente”, adică redistribuirea automată rentabilă a stocării de date între SSD, HDD și benzi, în funcție de cererea de date.

În timpul pornirii computerului, un set de firmware stocat în cipul BIOS verifică hardware-ul. Dacă totul este în ordine, acesta transferă controlul către încărcătorul sistemului de operare. Apoi se încarcă sistemul de operare și începeți să utilizați computerul. În același timp, unde a fost stocat sistemul de operare înainte de a porni computerul? Cum a rămas intact eseul pe care l-ați scris toată noaptea după ce ați oprit PC-ul? Din nou, unde se păstrează?

Bine, poate că am mers prea departe și știți cu toții foarte bine că datele computerului sunt stocate pe un hard disk. Cu toate acestea, nu toată lumea știe ce este și cum funcționează și, din moment ce sunteți aici, concluzionam că ne-am dori să știm. Ei bine, hai să aflăm!

Ce este un hard disk

În mod tradițional, să aruncăm o privire definiția hard Disc Wikipedia:

HDD (șurub, hard disk, unitate pentru magnetic dur disks, HDD, HDD, HMDD) este un dispozitiv de stocare cu acces aleatoriu bazat pe principiul înregistrării magnetice.

Folosit în marea majoritate a computerelor, precum și în dispozitivele de stocare conectate separat copii de rezervă date, ca stocare fisiere etc.

Să ne dăm seama puțin. Îmi place termenul unitate hard disk ". Aceste cinci cuvinte transmit întreaga idee. HDD este un dispozitiv al cărui scop este perioadă lungă de timp stocați datele scrise în acesta. HDD-urile se bazează pe discuri dure (din aluminiu) cu un strat special, pe care informațiile sunt înregistrate folosind capete speciale.

Nu voi lua în considerare în detaliu procesul de înregistrare în sine - de fapt, aceasta este fizica ultimelor clase ale școlii și sunt sigur că nu aveți nicio dorință să aprofundați acest lucru, iar articolul nu este deloc despre asta.

Rețineți și fraza: acces aleatoriu ” ceea ce, în linii mari, înseamnă că noi (calculatorul) putem citi informații din orice secțiune de cale ferată în orice moment.

Important este faptul că memorie HDD nu este volatila, adica nu conteaza daca este conectata la curent sau nu, informatiile inregistrate pe dispozitiv nu vor disparea nicaieri. Aceasta este o diferență importantă memorie permanentă computer, din temporar().

Privind un hard disk de computer în viața reală, nu veți vedea niciun disc sau cap, deoarece toate acestea sunt ascunse într-o carcasă etanșă (zonă ermetică). În exterior, hard disk-ul arată astfel:

De ce are nevoie un computer de un hard disk?

Luați în considerare ce este un HDD într-un computer, adică ce rol joacă acesta într-un computer. Este clar că stochează date, dar cum și ce. Aici evidențiem următoarele funcții ale HDD:

• Stocarea sistemului de operare, a software-ului utilizatorului și a setărilor acestora;
• Stocarea fisierelor utilizatorului: muzica, video, imagini, documente etc.;
• Utilizarea unei părți din spațiul pe hard disk pentru a stoca date care nu se potrivesc în RAM (fișier de paginare) sau stocarea conținutului RAM în timpul utilizării modului de repaus;

După cum puteți vedea, hard disk-ul unui computer nu este doar o gură de fotografii, muzică și videoclipuri. Stochează întregul sistem de operare și, în plus, hard disk-ul ajută să facă față sarcinii de lucru a RAM, preluând unele dintre funcțiile sale.

Din ce este făcut un hard disk?

Am menționat parțial componentele hard disk-ului, acum ne vom ocupa de asta mai detaliat. Deci, principalele componente ale HDD-ului:

• Cadru Protejează mecanismele hard disk-urilor de praf și umiditate. De regulă, este etanș, astfel încât aceeași umiditate și praf să nu intre înăuntru;
• Discuri (clătite) - plăci dintr-un anumit aliaj metalic, acoperite pe ambele fețe, pe care se înregistrează datele. Numărul de plăci poate fi diferit - de la una (in opțiuni bugetare), până la mai multe;
• Motor - pe fusul căruia sunt fixate clătite;
• Bloc de cap - un design de pârghii interconectate (balance) și capete. Partea unui hard disk care citește și scrie informații pe acesta. Pentru o clătită, se utilizează o pereche de capete, deoarece atât părțile superioare, cât și cele inferioare funcționează;
• Dispozitiv de poziționare (actuator ) - un mecanism care antrenează blocul de capete. Constă dintr-o pereche de magneți permanenți din neodim și o bobină situată la capătul unității principale;
• Controlor — microcircuit electronic sef de munca HDD;
• zona de parcare - un loc in interiorul hard disk-ului langa discuri sau in interiorul acestora, unde capetele sunt coborate (parcate) in timpul nefunctionarii, pentru a nu deteriora suprafata de lucru a clatitelor.

Un hard disk atât de simplu. S-a format în urmă cu mulți ani și nu i s-au făcut modificări fundamentale de mult timp. Și mergem mai departe.

Cum funcționează un hard disk

După ce alimentarea HDD-ului este furnizată, motorul, pe axul căruia sunt fixate clătitele, începe să se rotească. După ce a câștigat o viteză la care se formează un flux constant de aer lângă suprafața discurilor, capetele încep să se miște.

Această secvență (mai întâi discurile se rotesc, apoi capetele încep să funcționeze) este necesară pentru ca capetele să plutească deasupra plăcilor din cauza fluxului de aer rezultat. Da, nu ating niciodată suprafața discurilor, altfel acestea din urmă ar fi deteriorate instantaneu. Cu toate acestea, distanța de la suprafața platourilor magnetice la capete este atât de mică (~10 nm) încât nu o puteți vedea cu ochiul liber.

După pornire, în primul rând, informațiile despre serviciu stare de greu disc și alte informații necesare despre acesta, situate pe așa-numita pistă zero. Abia atunci începe lucrul cu datele.

Informațiile de pe hard disk-ul computerului sunt înregistrate pe piste, care, la rândul lor, sunt împărțite în sectoare (cum ar fi o pizza tăiată în bucăți). Pentru a scrie fișiere, mai multe sectoare sunt combinate într-un cluster, care este cel mai mic loc în care poate fi scris un fișier.

Pe lângă o astfel de partițiune „orizontală” a discului, există și una „verticală” condiționată. Deoarece toate capetele sunt combinate, acestea sunt întotdeauna poziționate peste același număr de piesă, fiecare pe propriul disc. Astfel, în timpul funcționării HDD-ului, capete, așa cum ar fi, desenează un cilindru:

În timp ce HDD-ul funcționează, de fapt, efectuează două comenzi: citire și scriere. Cand este necesara executarea unei comenzi de scriere se calculeaza zona de pe disc in care se va executa, apoi se pozitioneaza capetele si, de fapt, se executa comanda. Rezultatul este apoi verificat. Pe lângă scrierea datelor direct pe disc, informațiile ajung și în memoria cache.

Dacă controlerul primește o comandă de citire, în primul rând, verifică prezența informațiilor necesare în cache. Dacă nu este acolo, se calculează din nou coordonatele pentru poziționarea capetelor, apoi se poziționează capete și se citesc datele.

După finalizarea lucrărilor, când sursa de alimentare a hard disk-ului dispare, capetele sunt parcate automat în zona de parcare.

Acesta este modul în care funcționează un hard disk de computer în termeni generali. În realitate, totul este mult mai complicat, dar utilizatorul obișnuit, cel mai probabil, nu are nevoie de astfel de detalii, așa că vom termina această secțiune și vom merge mai departe.

Tipuri de hard disk și producătorii acestora

Astăzi, există de fapt trei producători principali de hard disk-uri pe piață: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Acestea acoperă pe deplin cererea de dispozitive de toate tipurile și cerințele. Restul companiilor fie au dat faliment, fie au fost preluate de cineva din principalele trei, fie reprofilate.

Dacă vorbesc despre tipuri de HDD, ele pot fi împărțite astfel:

1. Pentru laptopuri, parametrul principal este dimensiunea dispozitivului de 2,5 inchi. Acest lucru le permite să fie plasate compact în carcasa laptopului;
2. Pentru PC - în acest caz, este posibil să folosiți și hard disk-uri de 2,5 ″, dar, de regulă, se folosesc 3,5 inchi;
3. Rigid extern discurile sunt dispozitive care sunt conectate separat la un PC/laptop, acționând cel mai adesea ca stocare de fișiere.

Există și o specială tip tare discuri - pentru servere. Sunt identice cu PC-urile convenționale, dar pot diferi în ceea ce privește interfețele pentru conexiune și performanțe mai mari.

Toate celelalte diviziuni ale HDD-urilor în tipuri provin din caracteristicile lor, așa că le vom lua în considerare.

Specificații hard disk

Deci principala greu disc de calculator:

• Volum - un indicator al cantității maxime posibile de date care pot fi găzduite pe disc. Primul lucru la care se uită de obicei Selectare HDD. Această cifră poate ajunge la 10 TB, deși 500 GB - 1 TB este mai des ales pentru un PC de acasă;
• Factor de formă - dimensiunea hard diskului. Cele mai comune sunt 3,5 și 2,5 inci. După cum am menționat mai sus, 2.5″ în majoritatea cazurilor sunt instalate în laptopuri. Se folosesc si in HDD extern. 3.5″ este instalat pe PC și pe server. Factorul de formă afectează și volumul, deoarece mai multe date pot încăpea pe un disc mai mare;
• Viteza axului - Cât de repede se rotesc clătitele? Cele mai comune sunt 4200, 5400, 7200 și 10000 rpm. Această caracteristică afectează direct performanța, precum și prețul dispozitivului. Cu cât viteza este mai mare, cu atât ambele valori sunt mai mari;
• Interfață - metoda (tip conector) conexiuni HDD la calculator. Cea mai populară interfață pentru hard disk-urile interne de astăzi este SATA (calculatoarele mai vechi foloseau IDE). Hard disk-urile externe sunt de obicei conectate prin USB sau FireWire. Pe lângă cele enumerate, există și alte interfețe precum SCSI, SAS;
• Volumul tamponului (cache) - tip memorie rapidă(după tip de RAM) instalat pe controlerul de hard disk, conceput pentru stocarea temporară a datelor care sunt cel mai des accesate. Dimensiunea bufferului poate fi de 16, 32 sau 64 MB;
• Timp de acces aleatoriu - timpul în care HDD-ul este garantat să scrie sau să citească de pe orice parte a discului. Fluctuează de la 3 la 15 ms;

Pe lângă caracteristicile de mai sus, puteți găsi și indicatori precum.

Bună prieteni!

Astăzi vom vorbi despre un hard disk. Un utilizator rar de computer nu a auzit de el!

Winchester, alias HDD (Hard Disk Drive), alias hard disk este un dispozitiv pentru stocarea informațiilor.

HDD și-a primit numele argotic de la celebra pușcă cu care oamenii albi au cucerit America. Unul dintre primele modele de hard disk a fost desemnat „30/30”, care a coincis cu calibrul acestei arme de foc.

Mai jos vom vorbi despre hard disk-urile computerelor.

Cum este aranjat un hard disk al computerului?

Vom lua în considerare modul în care hard diskul tradițional (electromecanic) este triplat, care este utilizat în calculatoare personale. Baza sa este una sau mai multe discuri informative. Primele modele de hard disk-uri foloseau discuri din aluminiu.

Dar acele primele modele aveau marime mare si capacitate mica.

Hard disk-uri flexibile

Unitatea pentru citirea și scrierea unor astfel de discuri se numea FDD. (floppy disk conduce).

Aceste discuri au fost realizate dintr-o bucată rotundă de plastic acoperită pe ambele părți cu un strat feromagnetic. Erau subțiri și flexibili, de unde și numele unității. Pentru protectie impotriva influente externe aceste discuri au fost plasate într-o carcasă pătrată de plastic.

Discurile din HDD-uri au o structură similară, dar sunt mai groase și nu se îndoaie, ceea ce se reflectă în nume. Un strat feromagnetic subțire de oxizi metalici este aplicat pe un astfel de disc folosind o centrifugă. Datele sunt scrise și citite folosind capete magnetice.

Când scrieți pe capul magnetic, semnal informativ, care modifică orientarea domeniilor (particulele feromagnetice) din stratul feromagnetic.

La citire, secțiunile magnetizate induc un curent în cap, care este apoi procesat de circuitul de control (controler). Cerințele pentru viteză și volumele de date erau în continuă creștere. Cele mai bune minți ale lumii au fost trimise în această zonă. Și hard disk-urile, ca și restul hardware-ului computerului, au fost îmbunătățite continuu.

Discurile au început să fie făcute din sticlă și sticlă-ceramică. Acest lucru a făcut posibilă reducerea greutății, grosimii și creșterea vitezei de rotație.

Viteza de rotație a discului a crescut de la 3600 rpm la 5400, 7200, apoi până la 10.000 și chiar până la 15.000 rpm! Pentru comparație, să presupunem că viteza de rotație a discului în FDD a fost de 360 ​​rpm.

Cu cât viteza de rotație este mai mare, cu atât datele sunt citite mai rapid.

strat feromagnetic

Un strat feromagnetic poate fi aplicat pe suprafața discurilor în două moduri - depunere galvanică și depunere în vid. În primul caz, discul este scufundat într-o soluție de săruri metalice, iar pe acesta se depune o peliculă subțire de metal (cobalt).

În depunerea în vid, discul este plasat într-o cameră etanșă, aerul este pompat din ea și particulele de metal sunt depuse folosind o descărcare electrică.

Un strat protector de carbon este aplicat deasupra stratului magnetic. Protejează stratul magnetic subțire de distrugere (și pierderea de informații) în cazul unui posibil contact cu capul.

Winchester poate avea unul disc fizic sau mai multe. LA ultimul caz discurile sunt asamblate într-o singură structură și se rotesc sincron. Fiecare disc are două fețe cu un strat feromagnetic, datele sunt citite de două capete diferite (situate sus și jos).

Capetele sunt, de asemenea, asamblate într-o singură structură și se mișcă sincron.

Mecanismul de mișcare a capetelor conține o bobină cu un fir și un magnet permanent fix. Când se aplică curent bobinei, în ea este generat un câmp magnetic, care interacționează cu magnetul. Forța rezultată mișcă bobina cu întreaga parte în mișcare a mecanismului (și de asemenea capete).

Mecanismul conține un arc, care, în absența puterii, mută capetele în poziția inițială. (parcare). Acest lucru previne deteriorarea capetelor și discurilor.

Rețineți că magneții mici de neodim care creează un câmp magnetic constant sunt foarte puternici!

În stare de funcționare, discurile se rotesc cu viteza constanta, capetele „planează” deasupra discului. În timpul rotației, are loc un flux aerodinamic, ridicând capetele. Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, distanța dintre capete și disc scade.

Până acum, a fost redus la câteva zeci de nanometri!

Reducerea distanței vă permite să creșteți densitatea înregistrării informațiilor. Astfel, mai multe informații pot fi stoarse în același volum.

Citiți și scrieți capete

LA hard disk-uri moderne aplica capete magnetorezistive.

Un cristal magnetoresistor își poate modifica rezistența în funcție de mărime și direcție camp magnetic. Când capul trece peste regiuni cu magnetizare diferită, rezistența sa se schimbă, care este captată de circuitul de control.

Capul de hard disk conține, de fapt, două capete - de citit și de scris. Capul de înregistrare funcționează pe același principiu ca și capul de la casetofonele mai vechi care foloseau casete cu bandă magnetică.

Conține un miez deschis, în golul căruia se creează un câmp magnetic care schimbă orientarea domenii magnetice pe suprafața discului. „Înfășurarea” capului este imprimată folosind fotolitografie.

Fus și HDA

Motorul principal al hard diskului (axul), care învârte discul, conține rulment hidrodinamic. Diferă de un rulment cu bile prin faptul că are o deformare radială mult mai mică.

În hard disk-urile moderne, densitatea de înregistrare a informațiilor este foarte mare, piesele sunt situate foarte aproape una de alta.

O cantitate mare de curățare radială nu ar crește densitatea de înregistrare sau (cu o scădere a distanței dintre piste) capul ar „sări” de-a lungul pistelor adiacente în timpul unei revoluții. Un rulment hidrodinamic conține un strat subțire de lubrifiant între părțile mobile și staționare.

În concluzie, să spunem că axul, discurile, capul cu o unitate sunt plasate într-un compartiment separat. Primele modele de hard disk-uri conțineau compartimente cu scurgeri echipate cu un filtru cu celule foarte mici pentru a egaliza presiunea.

Apoi au apărut compartimente ermetice, care aveau o gaură în ele, închise cu o membrană flexibilă. Membrana se poate flexa în ambele direcții pentru a compensa diferența de presiune a aerului în interiorul și în exteriorul compartimentului pentru cap.

În următoarea parte a articolului, vom continua cunoașterea modului în care este aranjat hard disk-ul și cum funcționează.

Victor Geronda a fost cu tine. Ne vedem pe blog!