Устройство винчестера компьютера: Жёсткий диск — Википедия – Устройство и принцип работы жесткого диска

Содержание

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD или винчестер)

Приветствую всех читателей блога IT-Territoriya.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Ещё жесткий диск называют винчестером, винтом или HDD.

Как устроен жесткий диск компьютераКак устроен жесткий диск компьютера

Жесткий диск компа (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компа, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит инфу до момента прекращения подачи питания (до выключения писишника).

Жестяк, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, лишь инженерным. Да-да, именно так. Наслишь сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жестяк — самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства харда и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жестяк писишника. На сегодняшний день будет такая возможность).

Устройство жесткого дискаУстройство жесткого диска

Быстрая навигация

Устройство жесткого диска компьютера

Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компом.и управляет всеми процессами.

Интегральная схема жесткого дискаИнтегральная схема жесткого диска

Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.

А в данный момент третья, пожалуй самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать инфу. Конец коромысла в основном разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Тем не менее головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Есть зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!

Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Конечно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Еще вот что случилось с диском, у которого данный зазор по каким то обстоятельствам исчез:

Поврежденный жесткий дискПоврежденный жесткий диск

Так же важна роль силы трения, точнее ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать инфу, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же тут находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да также с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия даёт возможность разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.

Двигатель коромысла жесткого дискаДвигатель коромысла жесткого диска

Четвертая часть — сам винчестер, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.

Ну и пятая, завершающая часть конструкции харда — разумеется же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот к примеру. Хотя, возможно в более ранних версиях жестяков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.

Это мы говорили про компоненты, то есть из чего состоит жесткий диск компьютера. В данный момент давайте поговорим про хранение данных.

Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске

Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.

Дорожки и сектора жесткого диска

Дорожки и сектора жесткого диска

Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать инфу. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов харда, размещена не внутри корпуса, а снаружи и в основном снизу.

Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это лишь на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Данный слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю инфу, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на винте, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. К примеру, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое большое количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности харда включает в себя несколько десятков миллиардов битов.

Принцип работы жесткого диска

Мы лишь что с вами рассмотрели устройство харда, каждый его компонент по отдельности. В данный момент предлагаю связать все в некую систему, ввиду чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.

Что ж, принцип, по которому работает жестяк следующий: когда жестяк включается в работу — значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а ввиду того, что жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.

Коромысло в парковочной зонеКоромысло в парковочной зоне

Как лишь обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда надо записать или откуда считать инфу. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.

Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, поскольку на самом деле, жесткие диски внутри корпуса крутятся постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.

Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство харда компа подробно. Разумеется же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой записи не было сказано про

интерфейсы подключения жестких дисков — большая тема, я решил написать про это отдельную статью.

Видео о том, как работает жесткий диск в разных режимах

Посмотрите, как работает внутри старый IDE винчестер на 4.3 Гб

 

Всем спасибо за внимание, добавляйте компьютерный блог в закладки, чтобы не пропустить интересные и полезные материалы.

Из чего состоит жесткий диск

Из чего состоит жёсткий диск

HDD, жёсткий диск, винчестер — всё это названия одного хорошо известного устройства хранения данных. В этом материале мы расскажем вам о технической основе таких накопителей, о том, каким образом на них может храниться информация, и об остальных технических нюансах и принципах функционирования.

Устройство жёсткого диска

Исходя из полного названия данного запоминающего устройства — накопитель на жёстких магнитных дисках (НЖМД) — можно без особых усилий понять, что лежит в основе его работы. Благодаря своей дешевизне и долговечности эти носители информации устанавливают в различные компьютеры: ПК, ноутбуки, серверы, планшеты и т.д. Отличительной чертой HDD является возможность хранить огромные объёмы данных, обладая при этом совсем небольшими габаритами. Ниже мы расскажем о его внутреннем устройстве, принципах работы и прочих особенностях. Приступим!

Гермоблок и плата электроники

Зелёная стеклоткань и дорожки из меди на ней, вместе с разъёмами для подключения блока питания и гнездом SATА называются платой управления (Printed Circuit Board, PCB). Данная интегральная схема служит для синхронизации работы диска с ПК и руководством всех процессов внутри HDD. Корпус из алюминия чёрного цвета и то, что внутри него, называется

герметичным блоком (Head and Disk Assembly, HDA).

Интегральная схема жёсткого дискa

В центре интегральной схемы расположен чип большого размера — это микроконтроллер (Micro Controller Unit, MCU). В сегодняшних HDD микропроцессор содержит в себе два компонента: центральный вычислительный блок (Central Processor Unit, CPU), который занимается всеми расчётами, и канал чтения и записи — специальное устройство, переводящее аналоговый сигнал с головки в дискретный, когда она занята чтением и наоборот — цифровой в аналоговый во время записи. Микропроцессор обладает

портами ввода/вывода, при помощи которых он управляет остальными элементами, расположенными на плате, и совершает обмен информацией через SATA-подключение.

Другой чип, расположенный на схеме, является DDR SDRAM памятью (memory chip). Её количество предопределяет объём кеша винчестера. Данный чип разделён на память прошивки, частично содержащуюся во флеш-накопителе, и буферную, необходимую процессору для того, чтобы загружать модули прошивки.

Третий чип называется контроллером управления двигателем и головками (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Он управляет дополнительными источниками электропитания, которые расположены на плате. От них получают питание микропроцессор и предусилитель-коммутатор (preamplifier), содержащийся в герметичном блоке. Этот контроллер требует больше энергии, чем остальные компоненты на плате, так как отвечает за вращение шпинделя и движение головок. Ядро предусилителя-коммутатора способно работать, будучи нагретым до 100° C! Когда на НЖМД подаётся питание, микроконтроллер выгружает содержимое флеш-микросхемы в память и начинает выполнение заложенных в неё инструкций. Если коду не удастся должным образом загрузиться, то HDD не сможет даже начать раскрутку. Также флеш-память может быть встроена в микроконтроллер, а не содержаться на плате.

Расположенный на схеме датчик вибрации (shock sensor) определяет уровень тряски. Если он сочтёт её интенсивность опасной, то будет послан сигнал контроллеру управления двигателем и головками, после чего он немедленно паркует головки или вовсе останавливает вращение HDD. В теории, данный механизм призван обеспечивать защиту HDD от различных механических повреждений, правда, на практике у него это не сильно выходит. Поэтому не стоит ронять жёсткий диск, ведь это способно повлечь за собой неадекватную работу вибродатчика, что может стать причиной полной неработоспособности устройства. Некоторые НЖМД обладают сверхчувствительными к вибрации датчиками, которые реагируют на малейшее её проявление. Данные, которые получает VCM, помогают в корректировке движения головок, поэтому диски оборудуются как минимум двумя такими датчиками.

Ещё одно устройство, созданное для защиты HDD — ограничитель переходного напряжения (Transient Voltage Suppression, TVS), призванный предотвращать возможный выход из строя в случае скачков напряжения. На одной схеме таких ограничителей может быть несколько.

Интегральная микросхема в более близком рассмотрении в HDD

Поверхность гермоблока

Под интегральной платой располагаются контакты от моторов и головок. Тут же можно увидеть почти невидимое техническое отверстие (breath hole), которое выравнивает давление внутри и снаружи герметичной зоны блока, разрушающее миф о том, что внутри винчестера находится вакуум. Внутренняя его область покрыта специальным фильтром, который не пропускает пыль и влагу непосредственно в HDD.

Поверхность герметического блока HDD

Внутренности гермоблока

Под крышкой герметичного блока, представляющей собой обычный пласт металла и резиновую прокладку, которая защищает его от попадания влаги и пыли, находятся магнитные диски.

Крышка гермоблока HDD

Они также могут называться блинами или пластинами (platters). Диски обычно создаются из стекла или алюминия, который был предварительно отполирован. Затем они покрываются несколькими слоями различных веществ, в числе которых присутствует и ферромагнетик — благодаря ему и имеется возможность записывать и хранить информацию на жёстком диске. Между пластинами и над самым верхним блином располагаются разделители (dampers or separators). Они выравнивают потоки воздуха и снижают акустические шумы. Обычно изготавливаются из пластика или алюминия.

Внутренности герметического блока В HDD

Сепараторные пластины, которые были изготовлены из алюминия, лучше справляются с понижением температуры воздуха внутри герметичный зоны.

Сепараторы и блины в приближении В HDD

Блок магнитных головок

На концах кронштейнов, находящихся в блоке магнитных головок (Head Stack Assembly, HSA), расположены головки чтения/записи. Когда шпиндель остановлен, они должны находиться в препаровочной области — это место, где располагаются головки исправного жёсткого диска в то время, когда вал не работает. В некоторых HDD парковка происходит на пластиковых препаровочных областях, которые расположены вне пластин.

Препаровочная зона в HDD

Для нормальной работы жёсткого диска требуется как можно более чистый воздух, содержащий минимум сторонних частиц. Со временем в накопителе образовываются микрочастицы смазки и металла. Чтобы их выводить, HDD оборудуются циркуляционными фильтрами (recirculation filter), которые постоянно собирают и задерживают очень маленькие частицы веществ. Они устанавливаются на пути воздушных потоков, которые образуются из-за вращения пластин.

Циркуляционный фильтр в HDD

В НЖМД устанавливают неодимовые магниты, способные притягивать и удерживать вес, который может больше собственного в 1300 раз. Предназначение этих магнитов в HDD — ограничение движения головок путем удержания их над пластиковыми или алюминиевыми блинами.

Неодимовые магниты В HDD

Ещё одной частью блока магнитных головок является катушка (voice coil). Вместе с магнитами она образует привод БМГ, который вместе с БМГ составляет позиционер (actuator) — устройство, перемещающее головки. Защитный механизм для этого устройства называется фиксатором (actuator latch). Он освобождает БМГ, как только шпиндель наберёт достаточное число оборотов. В процессе освобождения участвует давление потока воздуха. Фиксатор предотвращает какие-либо движения головок в препаровочном состоянии.

Катушка и фиксатор В HDD

Под БМГ будет находиться прецизионный подшипник. Он поддерживает плавность и точность данного блока. Тут же находится выполненная из алюминиевого сплава деталь, которая называется коромыслом (arm). На её конце, на пружинной подвеске, расположены головки. От коромысла идет гибкий кабель (Flexible Printed Circuit, FPC), ведущий в контактную площадку, которая соединяется с платой электроники.

Коромысло, подшипник, гибкий кабель В HDD

Вот так выглядит катушка, которая соединена с кабелем:

Катушка, соединённая с кабелем В HDD

Здесь можно увидеть подшипник:

Подшипник В HDD

Вот тут изображены контакты БМГ:

Контакты БМГ В HDD

Прокладка (gasket) помогает обеспечить герметичность сцепления. Благодаря этому в блок с дисками и головками воздух попадает только через отверстие, которое выравнивает давление. Контакты данного диска покрыты тончайшей позолотой, что улучшает проводимость.

Прокладка в HDD

Типичная сборка кронштейна:

Классическая конструкция коромысла в HDD

На окончаниях пружинных подвесов находятся малогабаритные детали — слайдеры (sliders). Они помогают считывать и записывать данные, поднимая головку над пластинами. В современных накопителях головки работают, располагаясь на расстоянии 5-10 нм от поверхности металлических блинов. Элементы считывания и записи информации расположены на самых концах слайдеров. Они настолько малы, что увидеть их можно только воспользовавшись микроскопом.

Слайдер в HDD

Эти детали не являются абсолютно плоскими, так как имеют на себе аэродинамические канавки, служащие для стабилизации высоты полёта слайдера. Воздух под ним создаёт подушку (Air Bearing Surface, ABS), которая поддерживает параллельный поверхности пластины полёт.

Элементы записи и чтения на слайдере в HDD

Предусилитель — чип, отвечающий за управление головками и усиление сигнала к ним или от них. Расположен он непосредственно в БМГ, потому как сигнал, который производят головки, обладает недостаточной мощностью (около 1 ГГц). Без усилителя в герметичной зоне он бы просто рассеялся по пути к интегральной схеме.

Предусилитель в HDD

От этого устройства в сторону головок идёт больше дорожек, нежели к герметичной зоне. Объясняется это тем, что жёсткий диск может взаимодействовать только с одной из них в определённый момент времени. Микропроцессор отправляет запросы предусилителю, чтобы он выбрал нужную ему головку. От диска к каждой из них идёт по несколько дорожек. Они отвечают за заземление, чтение и запись, управление миниатюрными приводами, работу со специальным магнитным оборудованием, которое может управлять слайдером, что позволяет увеличить точность расположения головок. Одна из них должна вести к нагревателю, который регулирует высоту их полёта. Работает эта конструкция так: из нагревателя тепло передаётся подвеске, которая соединяет слайдер и коромысло. Подвес создаётся из сплавов, которые имеют отличающиеся параметры расширения от поступающего тепла. При повышении температуры он изгибается в сторону пластины, тем самым уменьшая расстояние от неё до головки. При уменьшении количества тепла, происходит обратное действие — головка отдаляется от блина.

Вот таким образом выглядит верхний разделитель:

Верхний разделитель в HDD

На этой фотографии находится герметичная зона без блока головок и верхнего сепаратора. Также можно заметить нижний магнит и прижимное кольцо (platters clamp):

Герметичная зона без крышки в HDD

Данное кольцо сдерживает блоки блинов вместе, предотвращая всякое их движение относительно друг друга:

Прижимное кольцо в HDD

Сами пластины нанизаны на вал (spindle hub):

Нанизанные на шпиндель блины в HDD

А вот что находится под верхней пластиной:

Разделительные кольца в HDD

Как можно понять, место для головок создаётся при помощи специальных разделительных колец (spacer rings). Это высокоточные детали, которые производятся из немагнитных сплавов или полимеров:

Разделительное кольцо крупным планом

На дне гермоблока находится пространство для выравнивания давления, расположенное прямо под воздушным фильтром. Воздух, который находится вне герметичного блока, безусловно, содержит в себе частицы пыли. Для решения данной проблемы, устанавливается многослойный фильтр, который гораздо толще того же циркулярного. Иногда на нём можно обнаружить следы силикатного геля, который должен абсорбировать в себя всю влагу:

Пространство для выравнивания давления в HDD

Заключение

В этой статье было приведено подробное описание внутренностей HDD. Надеемся, этот материал был вам интересен и помог узнать много нового из сферы компьютерного оборудования.

Пространство для выравнивания давления в HDDМы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.
Пространство для выравнивания давления в HDDОпишите, что у вас не получилось. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Помогла ли вам эта статья?

ДА НЕТ

Как устроен и как работает винчестер. Часть 1

ВинчестерПриветствую, друзья!

Сегодня мы с вами поговорим о такой штуке, как винчестер. Редкий пользователь компьютера не слышал о нем!

Винчестер, он же HDD (Hard Disk Drive), он же жесткий диск — это устройство для хранения информации.

HDD получил свое жаргонное название по имени знаменитой винтовки, с которой белые люди завоевывали Америку. Одна из первых моделей жестких дисков обозначалась «30/30», что совпадало с калибром этого огнестрельного оружия.

Ниже будет идти речь о компьютерных винчестерах.

Как устроен компьютерный винчестер?

Конструкция винчестераМы рассмотрим, ка утроен традиционный (электромеханический) винчестер, применяющийся в персональных компьютерах. Основа его — один или несколько информационных дисков. В первых моделях винчестеров использовались диски из алюминия.

Но те первые модели имели большой размер и малую емкость.

Гибкие и жесткие диски

Те «винты» (еще одно жаргонное название) имели физические размеры и объем, примерно равный дисководу гибких дисков 5,25 дюйма. На заре компьютерной индустрии данные хранились и на гибких дисках (дискетах) 5,25 и 3,5 дюймов.

Привод для чтения и записи таких дисков назывался FDD (Floppy Disk Drive).

Эти диски были сделаны из круглого куска пластика с нанесенным на обе стороны ферромагнитным покрытием. Они были тонкими и гибкими, поэтому привод и получил такое название. Для защиты от внешних воздействий эти диски помещались в квадратный пластиковый футляр.

Гибкий диск (дискета)Диски в HDD имеют похожее строение, но они толще и не гнутся, что и отражается в названии. На такой диск наносится с помощью центрифуги тонкий ферромагнитный слой из окислов металлов. Данные записываются и считываются с помощью магнитных головок.

document-propertiesПри записи в магнитную головку подается информационный сигнал, который меняет ориентацию доменов (ферромагнитных частиц) в ферромагнитном слое.

При считывании намагниченные участки наводят ток в головке, который затем обрабатывается схемой управления (контроллером). Требования к скорости и объемам данных постоянно росли. В эту область были направлены лучшие умы мира. И жесткие диски, как и остальное компьютерное «железо» непрерывно совершенствовались.

document-propertiesДиски стали делать из стекла и стеклокерамики. Это позволило уменьшить их вес, толщину и увеличить скорость вращения.

Скорость вращения диска возросла с 3600 об/мин до 5400, 7200, а потом до 10 000 и даже до 15 00о об/мин! Для сравнения скажем, что скорость вращения диска в FDD имела величину 360 об/мин.

document-propertiesЧем больше скорость вращения, тем быстрее считываются данные.

Ферромагнитный слой

Ферромагнитный слой на поверхность дисков может наноситься двумя способами — гальваническим осаждением и вакуумным напылением. В первом случае диск погружается в раствор солей металлов, и на него осаждается тонкая пленка металла (кобальта).

При вакуумном напылении диск помещают в герметичную камеру, откачивают из нее воздух и с помощью электрического разряда осаждают частицы металла.

document-propertiesСверху на магнитный слой наносят защитное углеродистое покрытие. Оно предохраняет тонкий магнитный слой от разрушения (и потери информации) при возможном соприкосновении с головкой.

Конструкция винчестера

Винчестер может иметь один физический диск или несколько. В последнем случае диски собраны в единую конструкцию и вращаются синхронно. Каждый диск имеет две стороны с ферромагнитным слоем, данные считываются двумя различными головками (расположенными сверху и снизу).

Головки также собраны в единую конструкцию и перемещаются синхронно.

Привод магнитной головкиМеханизм перемещения головок содержит в себе катушку с проводом и неподвижно закрепленный постоянный магнит. При подаче току в катушку в ней генерируется магнитное поле, взаимодействующее с магнитом. Возникающая при этом сила двигает катушку со всей подвижной частью механизма (и головками тоже).

Механизм содержит в себе пружину, которая при отсутствии питания перемещает головки в исходное положение (зону парковки). Это предохраняет головки и диски от повреждения.

ResumeОтметим, что небольшие неодимовые магниты, создающие постоянное магнитное поле, очень сильны!

В рабочем состоянии диски вращаются с постоянной скоростью, головки «парят» над диском. При вращении возникает аэродинамический поток, приподнимающий головки. По мере совершенствовании технологии расстояние между головками и диском уменьшается.

document-propertiesК настоящему времени доведено до нескольких десятков нанометров!

Уменьшение расстояния позволяет увеличить плотность записи информации. Таким образом, в тот же самый объем можно втиснуть больше информации.

Считывающие и записывающие головки

Магнитная головка винчестераResumeВ современных винчестерах применяются магниторезистивные головки.

Кристалл магниторезистора может изменять свое сопротивление в зависимости от величина и направления магнитного поля. При прохождении головки над областями с различной намагниченностью ее сопротивление меняется, что улавливается схемой управления.

Головка винчестера содержит в себе, собственно, две головки — считывающую и записывающую. Записывающая головка работает на том же принципе, что и головка в старых магнитофонах, в которых использовались кассеты с магнитной лентой.

Она содержит разомкнутый сердечник, в зазоре которого создается магнитное поле, изменяющее ориентацию магнитных доменов на поверхности диска. «Обмотка» головки выполнена печатным способом с помощью фотолитографии.

Шпиндель и гермоблок

Мембрана, выравнивающая давление и контактыОсновной двигатель винчестера (шпиндель), крутящий диск, содержит в себе гидродинамический подшипник. Он отличается от шарикоподшипника тем, что он имеет гораздо меньшее радиальное биение.

document-propertiesВ современных винчестерах плотность записи информации очень высока, дорожки располагаются очень близко друг к другу.

Большая величина радиального биения не дала бы увеличить плотность записи, либо (при уменьшении расстояния между дорожками) головка «скакала» бы по соседним дорожкам в течение одного оборота. Гидродинамический подшипник содержит в себе тонкий слой смазки между подвижной и неподвижной частью.

В заключение скажем, что шпиндель, диски, головка с приводом помещены в отдельный отсек. Первые модели винчестеров содержали негерметичные отсеки, снабженные фильтром с очень мелкими ячейками для выравнивания давления.

Потом появились герметичные отсеки, которые имели в себе отверстие, закрытое гибкой мембраной. Мембрана может изгибаться в обе стороны, компенсируя перепад давлений воздуха внутри и вне отсека с головками.

В следующей части статьи мы продолжим знакомство с тем, как устроен и как работает винчестер.

С вами был Виктор Геронда. До встречи на блоге!


Устройство жесткого диска | КакУстроен.ру

Устройство жесткого диска компьютера кратко

  1. Интегральная схема — плата, которая управляет работой жесткого диска. Здесь расположены микроконтроллер (процессор), чип памяти, контроллер управления двигателем и блоком головок, флеш-память.
  2. Электромотор, который вращает диск.
  3. Головки (коромысло) — записывают и считывают информацию.
  4. Металлические диски (пластины) — на которых хранятся данные.
  5. Корпус.

Структура жесткого диска частично напоминает слоёный пирог. Несколько дисков собраны на одной оси и расположены точно друг над другом. Эта система дисков вращается на немалой скорости вокруг своей оси. Головки четко определяют нужное место на дисках, где считывают или же записывают информацию.

Как происходит запись информации на диск

Информация хранится на дисках, изготовленных из полированного алюминия или стекла, и покрытых несколькими слоями специального состава, который образует на поверхности ферромагнитную пленку.
Запись информации на диски происходит с помощью системы магнитных головок, перемещающихся в пространстве между дисками.
Головки не касаются поверхности дисков. Расстояние между ними и дисками в 5 тыс. раз меньше толщины человеческого волоса.
Когда головки позиционируются в нужном месте, подается токовый импульс для создания магнитного момента той или иной направленности — в результате на диск будет записан либо логический «0», либо логическая «1». Каждый такой «0» или «1» называется Бит. Значение бита соответствует ориентации магнитного поля — плюсу или минусу.
Каждый квадратный сантиметр поверхности содержит в себе 31 миллиард битов.

Как происходит считывание информации с диска

Для считывания информации с диска служат те же магниторезистивные головки. Диски вращаются, а головки перемещаются по концентрическим окружностям-дорожкам информации, Обеспечивается доступ головок к данным на дисках.
В головке протекает ток такой силы, которая пропорциональна изменению магнитного поля. Информация, считанная магнитной головкой, — это аналоговый сигнал, для обработки процессором он перекодируется. Так, в результате получается «цифра» (необходимый любому микропроцессорному устройству бинарный код).

Какие могут быть повреждения жесткого диска

Необходимо исключить возможность порчи магнитного слоя дисков головками. Слишком велика вероятность их падения при отключении электропитания. По-этому, при остановке жесткого диска, головки перемещаются в определенную точку, над неиспользуемыми частями диска, и там фиксируются. Этот процесс называется — Парковка.

Объём винчестера

Скажем несколько слов и о разбивке всего объёма хранимой информации на определённые разделы. Блок головок перемещается вдоль поверхности дисков. Следовательно, в одно и то же время головки размещены над своими дисками, но дорожка будет одна. Так получается цилиндр, если посмотреть на описанную систему со стороны. Каждая дорожка разбита на несколько секторов по 512 байт хранимой информации. Зная, сколько в жёстком диске головок, секторов и цилиндров, можно перемножить эти значения. Полученный результат — предполагаемый объём винчестера.

Представление информации и процесс преобразования

Чтобы облегчить процесс производства дисков, дорожки располагают как можно ближе друг к другу, таким образом уменьшается число дисков в блоке. Всё сказанное выше о разбивке винчестера относится к физическому размещению. Компьютер же использует логическое размещение. Данные разбивки, необходимые программе Setup, можно обнаружить на самом корпусе устройства. Допуск головок в требуемое место диска обеспечивается блоком трансляции, который расположен непосредственно на винчестере. Так осуществляется процесс преобразования логического представления информации в физическое представление.

Производителем в процессе изготовления, изначально допускается некоторое число бракованных секторов, однако винт в целом должен обеспечивать необходимый объём. Такие бракованные сектора помечаются при процедуре низкоуровневого форматирования, а во время дальнейшей работы устройства эти участки просто-напросто не учитываются.

Вот, кратко, вся информация об устройстве жёсткого диска.

Устройство жесткого диска

По-прежнему самым распространенным носителем информации в компьютерах и ноутбуках остается жесткий диск (HDD). Он хоть и значительно проигрывает по скорости твердотельным накопителям (SSD), пришедшим ему на смену, но в плане стоимости жесткие диски пока вне конкуренции, что и делает их такими популярными.

Проблемы с жесткими дисками встречаются достаточно часто и я решил записать серию видео, в которой постараюсь рассказать о наиболее распространенных проблемах, их причинах, а также путях их решения.

И в первую очередь я бы хотел рассказать об устройстве жесткого диска, так как считаю, что вполне логично перед тем, как приступить к изучению болезней, следует обследовать пациента и знать как он устроен.

Возможно, кому-то эта информация покажется ненужной и бесполезной, но я так не считаю. Все же понимание принципов работы устройства позволит оценить масштаб трагедии при каком-то сбое, правильно диагностировать проблему и выбрать инструменты для ее устранения.

Итак, жесткий диск — это, пожалуй, самая уязвимая часть современного компьютера. Связано это с тем, что это единственное механическое устройство в компьютере (не считая привода оптических дисков, если вы им еще пользуетесь). Ну а механика есть механика.

По сути, жесткий диск состоит из двух частей — электрической и механической. Механика приводит устройство в действие, а электроника управляет им.

Принцип работы жесткого диска достаточно прост и очень похож на граммофон или проигрыватель. Возможно вы помните устройства, в которые устанавливалась пластинка с аудио-информацией (музыка, сказки, рассказы и прочие звукозаписи).

Граммофон

В жестких дисках также информация записывается на пластинки и считывается похожей головкой, вот только устройство этого механизма намного более сложное.

Пластинок обычно несколько и они «насажены» на шпиндель. Изготавливаются они обычно из металла и покрываются тончайшим ферромагнитным слоем, на который и записывается информация.

Устройство жесткого диска

Считывающих головок также обычно несколько и они объединены в блок. Головки могут свободно перемещаться и позиционироваться над любой областью пластин.

Скорость вращения барабана в современных жестких дисках составляет обычно 5400 или 7200 оборотов в минуту. Есть и более быстрые жесткие диски, но они дороже и редко устанавливаются в домашние компьютеры. Но даже скорость в 5400 об/мин весьма существенна.

Считывающая головка во время работы диска не касается пластины, а зависает над ней на расстоянии всего около 10 нм. Для сравнения толщина волоса составляет около 100 мкм, что в 10 000 раз больше!

Из-за того, что головка не касается поверхности исключается ее механический износ, а происходит это потому, что при вращении шпинделя создается воздушный поток, который приподнимает считывающую головку над поверхностью диска и заставляет ее как бы парить.

Теперь представьте что будет, если на такой скорости между считывающей головкой и пластиной попадет микроскопическая пылинка. Это приведет к тому, что головка подпрыгнет и ударит диск, что неминуемо приведет к повреждению магнитной поверхности пластины, а значит и информации на ней записанной.

Повреждение жесткого диска

Если вам доводилось пользоваться проигрывателем, то вы наверняка помните, что поцарапанная пластинка обычно отказывалась проигрываться, так как головка перескакивала на соседнюю дорожку. То есть часть информации записанной на пластинку просто безвозвратно пропадала. Нечто подобное может возникнуть и в жестком диске.

У вас может возникнуть вопрос — если в рабочем положении головки не касаются поверхности диска и приподнимаются они только во время работы, то почему они не повреждают магнитную поверхность в момент запуска диска?

Дело в том, что пока диск не разогнался до нужной скорости блок головок находится в так называемом парковочном положении.

Жесткий диск. Парковка головок

То есть по сути головки отведены из рабочей зоны и удерживаются специальным устройством в парковочном положении, что предотвращает касание головок с магнитной поверхностью диска.

Парковочное устройство обычно срабатывает автоматически при остановке двигателя, вращающего шпиндель с пластинами, и выводит блок головок из рабочей зоны, тем самым защищая уязвимую рабочую поверхность.

Для предотвращения попадания чего-либо внутрь, жесткий диск изготавливают в виде герметичного бокса, в который ничего не может попасть из вне. Таким образом электро-механическая часть находится внутри этого бокса, а электроника снаружи.

Корпус жесткого диска

Электронная плата, которую вы можете видеть в нижней части диска, называется платой контроллера и именно она осуществляет полное управление над механической частью.

Жесткий диск. Плата контроллера

Обычно плата контроллера никак не защищена и ее достаточно легко повредить при неаккуратном монтаже жесткого диска внутри корпуса компьютера или при хранении. Поэтому если хотите положить диск, то либо кладите его платой вверх, либо убедитесь, что на поверхности, куда его кладете, нет винтов или других объектов, способных повредить плату.

Итак, подведем итоги…

Как вы понимаете, есть масса причин, делающих жесткий диск не очень надежным носителем информации.

Во-первых, механические части, вращающиеся с большой скоростью, могут выйти из строя или стать причиной повреждения магнитной поверхности диска.

Во-вторых, из-за своей конструкции жесткие диски весьма восприимчивы к ударам, падениям и температуре.

В-третьих, электроника жесткого диска (плата контроллера) подвержена как механическому повреждению, при неаккуратном обращении с диском при его подключении, так и может сгореть при скачке напряжения в электросети или при подключении/отключении жесткого диска «на горячую», то есть при включенном компьютере.

Отсюда следуют очень простые правила обращения с жесткими дисками:

  • Оберегать их от ударов и падений
  • Быть крайне аккуратным при монтаже жесткого диска внутрь корпуса компьютера и ноутбука и никогда не производить подключение и отключение диска при работающем компьютере (Здесь речь идет о внутренних дисках. Внешние жесткие диски, подключаемые через разъем USB предполагают возможность отключения при работающем компьютере)
  • Оберегать жесткий диск от перегрева. Обеспечить достаточную вентиляцию внутри корпуса компьютера и следить за температурой жесткого диска с помощью специальных программ (это актуально летом).
  • По возможности использовать источник бесперебойного питания при работе на обычном компьютере (для ноутбуков он не нужен, так как там есть батарея, которая на себя берет эту функцию).

На этом у меня пока все. В следующем видео расскажу о принципах хранения информации на жестком диске и чем опасно появление так называемых «бэд-секторов» (bad sectors).

Устройство жесткого диска, фото, видео

Самым важным компонентом системного блока персонального компьютера является накопитель на жестких магнитных дисках, так как на нем кроме операционной системы и компьютерных программ, хранится вся пользовательская информация, с которой мы работаем ежедневно.

Далее мы более подробно рассмотрим устройство жесткого диска и принцип его работы.

Выход из строя жесткого диска и потеря информации для пользователя являются трагедией.

Для правильной работы с компьютером и обеспечения максимальной сохранности информации необходимо иметь представление о том, как устроен накопитель на жестких магнитных дисках.

Откуда произошло название

Название «жесткий диск» произошло из-за существенного отличия плотности пластин с магнитным слоем, на которые записываются данные.

Запись и чтение информации происходит с помощью специальных головок, расположенных на рычагах перемещения и фиксирующих информацию на поверхности магнитных дисков, которые вращаются двигателем.

Скорость вращения магнитных дисков

Скорость вращения жестких магнитных дисков в разы превышает скорость вращения гибких магнитных дисков, и в настоящее время на определенных моделях накопителей доходит до 15 тысяч оборотов в минуту.

Большинство выпускаемых на потребительский рынок моделей имеют скорость 5400 и 7200 оборотов в минуту. Жесткие диски со скоростью вращения выше 10 тысяч оборотов в минуту используются на серверных станциях оборудованных специальной системой охлаждения и не требующих изоляции шума.

Об структуре

В корпус накопителя помещено два или более дисков, изготовленных из металлического сплава и покрытых специальным веществом. Слой этого вещества называется магнитным, и именно он используется для хранения информации.

Диски крепятся к шпинделю, который вращается двигателем и приводит их в движение. Запись и чтение информации происходит с двух сторон каждого диска.

Разметка пластин для записи данных производится на цилиндры, дорожки и секторы. Дорожками являются кольца данных по периметру стороны магнитной пластины, которые в свою очередь объединены в цилиндры.

Для более рациональной адресации данных дорожки разбиваются на секторы, которые являют собой отрезки и условно обозначают единицу хранения информации емкостью 512 байт.

После форматирования жесткого диска в секторы заносится служебная информация, представляющая собой заголовки и заключение, которые используются для определения начала (номера) сектора и целостности информации.

Плата управления

Не обойти вниманием стоит плату управления, имеющуюся на накопителе, которая содержит ряд электрических схем, служащих не только для выполнения функций обмена данными с контролером, но также управление двигателем и считывающими головками.

Как показывает статистика, довольно распространенным случаем поломки жесткого диска является не механический фактор, а неисправность платы управления. В случае вышеуказанной поломки данные с жесткого диска можно восстановить, заменив плату управления.

Важные критерии

Если Вы затруднены с выбором жесткого диска, то следуйте основным критериям, которыми являются емкость, цена, быстродействие и надежность.

Разобрав указанные характеристики определиться с выбором нужного накопителя на жестких магнитных дисках не составит труда.

как выглядит изнутри и из чего состоит

Многих пользователей интересует устройство жесткого диска. И неспроста, ведь на сегодняшний день самым распространенным накопителем информации на компьютере является HDD. Далее будут разобраны принципы его работы и структура.

Разобранный винчестер

Механика и электроника


Винчестер по своей сути напоминает проигрыватель на пластинках. В нем также содержатся пластинки и считывающие головки. Однако устройство HDD сложнее. Если мы разберем жесткий диск, то увидим, что в основном пластины металлические и покрыты магнитным слоем. Именно на него производится запись данных. В зависимости от объема винчестера пластин от 4 до 9. Они крепятся на валу, который называется «шпиндель» и имеет высокую скорость вращения от 3600 до 10000 оборотов/мин для изделий массового потребления.

Рядом с блоком пластин находится блок считывающих головок. Количество головок определяется количеством магнитных дисков, а именно по одной на каждую поверхность диска. В отличие от проигрывателя на жестких дисках головка не касается поверхности пластин, а зависает над ней. Это позволяет исключить механический износ. Поскольку пластины имеют высокую скорость вращения, а головки должны находиться на крайне малом постоянном расстоянии над ними, очень важно, чтобы во внутрь корпуса ничего не смогло попасть. Ведь малейшая пылинка может нанести физические повреждения. Именно поэтому механическую часть герметично закрывают кожухом, а электронную выносят на наружу.

Некоторые пользователи интересуются тем, как разобрать жесткий диск. Нужно понимать, что разбор рабочего накопителя предусматривает нарушение его герметичности. А это, в свою очередь, приведет его в негодность. Поэтому не стоит этого делать, если вы не готовы потерять все данные на носителе информации. Если у вас нет острой необходимости открывать накопитель, а всего лишь мучает любопытство, из чего состоит жесткий диск, вы можете посмотреть фото разобранного HDD.

Разобранный винчестер

Именно поэтому жесткие диски на магнитных дисках при ремонте разбирают и собирают в специальном ламинарном боксе. В нем при помощи системы подачи воздуха высокой очистки и герметичности поддерживается необходимая для проведения таких работ окружающая среда. Разобрав свой диск в домашних условиях Вы однозначно его приведете в неработоспособное состояние.

Считывающие головки в нерабочем состоянии находятся рядом с блоком пластин. Еще это называется «парковочное положение». Специальное устройство выносит головки в рабочую зону только тогда, когда диск разогнался до необходимой скорости. Все они перемещаются вместе, а не каждая отдельно. Это позволяет иметь быстрый доступ ко всем данным.

Электронная плата, или контроллер, как правило, крепится снизу винчестера. Ее ничего не защищает, и от этого она достаточно уязвима для механических и термических повреждений. Именно она осуществляет управление механикой. Винчестер от ноутбука отличается от стандартного 3,5-дюймового только размером. Принцип работы жесткого диска точно такой же. Отличаться они могут только количеством магнитных блинов и емкостью накопителя.

Как можно проследить, устройство жесткого диска подвержено ударам, встряскам, царапинам, значительным изменениям температур и скачкам напряжения. А это делает его не совсем надежным носителем информации. Именно из-за этого жесткий диск на ноутбуке выходит из строя чаще, чем на стационарном ПК. Ведь портативные устройства постоянно подвергают встряскам, порой падениям, выносят на холод или ставят на солнце. А это, в свою очередь, негативно сказывается на винчестере.

Чтобы продлить срок работы HDD, не подвергайте его падениям и ударам, следите за тем, чтобы была достаточная вентиляция корпуса, любые манипуляции с диском производите только при отключенном питании. Эти недостатки привели к появлению нового типа винчестеров SSD. Постепенно они теснят HDD, когда-то выглядевших великолепными носителями.

Рассмотрим далее разбираемый нами тип накопителя.

Логическое устройство


Мы узнали, как выглядит жесткий диск внутри. Теперь будем разбирать его логическое структурирование. Данные пишутся на жесткий диск компьютера на дорожки, которые делятся на определенные сектора. Объем каждого сектора составляет 512 байт. Последовательные сектора объединяются в кластер.

При установке нового HDD нужно произвести форматирование, иначе компьютер попросту не увидит свободное место на накопителе. Форматирование бывает физическое и логическое. Первое подразумевает разбивку диска на сектора. Некоторые из них могут определиться как «плохие», то есть непригодные к записи данных. В большинстве случаев накопитель уже имеет такое форматирование перед продажей.

Логическое форматирование подразумевает создание логического раздела жесткого диска. Это позволяет значительно упростить и оптимизировать работу с информацией. Под логический раздел (или, как еще называют, «логический диск») отводится определенная область накопителя. С ней можно работать как с отдельным винчестером. Чтобы понять, как работает жесткий диск со своими разделами, достаточно визуально разделить винчестер на 2-4 части в зависимости от количества логических томов. К каждому тому можно применить свою систему форматирования: FAT32, NTFS или exFAT.

Технические данные


Друг от друга HDD отличаются по таким данным:

  • объемом;
  • скоростью вращения шпинделя;
  • интерфейсом.

На сегодняшний день средний объем винчестера 500-1000 Гб. Он определяет количество информации, которое вы можете записать на носитель. От скорости вращения шпинделя будет зависеть, как быстро вы сможете иметь доступ к данным, то есть чтение и запись информации. Самым распространенным интерфейсом является SATA, который пришел на смену уже морально устаревшему и медленному IDE. Друг от друга они отличаются пропускной способностью и типом разъема подключения к материнской плате. Отметим, что диск современного ноутбука может иметь только интерфейс SATA или SATA2.

В данной статье было рассмотрено, как устроен жесткий диск, его принципы работы, техданные и логическая структура.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о