Z czego wykonane są dyski twarde? Dysk twardy: zasada działania i główne cechy

twardy dysk (twardy dysk, dysk twardy) - pamięć o dostępie swobodnym (urządzenie do przechowywania informacji) działająca na zasadzie zapisu magnetycznego. Jest to główny nośnik pamięci w większości komputerów.

W odróżnieniu " Elastyczne» dysk ( dyskietki), informacje w dysk twardy rejestrowane na twardych (aluminiowych lub szklanych) płytach pokrytych warstwą materiału ferromagnetycznego, najczęściej dwutlenku chromu - dysków magnetycznych. W dysk twardy stosuje się jedną lub więcej wkładek na jednej osi. Głowice czytające w trybie pracy nie dotykają powierzchni płytek dzięki warstwie przepływu powietrza powstającej przy powierzchni podczas szybkiego obrotu. Odległość między głowicą a dyskiem wynosi kilka nanometrów, a brak kontaktu mechanicznego zapewnia długą żywotność urządzenia. W przypadku braku rotacji krążków głowice znajdują się na wrzecionie lub poza krążkiem w strefie bezpiecznej, gdzie wykluczony jest ich nieprawidłowy kontakt z powierzchnią krążków.

Pierwszy dysk twardy

W 1957 rok przez firmę IBM opracowano pierwszy dysk twardy, który został opracowany jeszcze przed stworzeniem komputera osobistego. Za niego musiałby zapłacić „porządną” sumę, chociaż miał tylko 5 MB. Następnie opracowano dysk twardy o pojemności 10 MB specjalnie na komputer osobisty IBM PC XT. Winchester miał wszystko 30 utwory i nie tylko 30 sektorów w każdym utworze. " Winchesterowie„- tak zaczęto nazywać dyski twarde, jeśli zostanie to skrócone” Wintami”, Wynikało to z analogii z oznaczeniem karabinka firmy Winchester - „30/30”, który był wielokrotnie ładowany.

Dla jasności spójrzmy 3,5 cala SATA dysk. To będzie Seagate ST31000333AS.

Zielony tekstolit z miedzianymi szynami, złączami zasilania i SATA zwany płytą elektroniki lub płytą kontrolną (P drukowana płytka drukowana, PCB). Służy do zarządzania pracą dysku twardego. Czarna aluminiowa obudowa i jej zawartość noszą nazwę HDA ( Zespół głowicy i dysku, HDA), eksperci nazywają to również „ słoik”. Ciało bez zawartości jest również nazywane HDA (podstawa).

Teraz wyjmijmy płytkę drukowaną i zbadajmy umieszczone na niej elementy.

Pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy, jest duży układ scalony umieszczony pośrodku – mikrokontroler, czyli procesor (Jednostka mikrokontrolera, MCU) . Na nowoczesnych dyskach twardych mikrokontroler składa się z dwóch części – właściwie procesor(jednostka procesora centralnego, procesor), który wykonuje wszystkie obliczenia, a kanał odczyt/zapis (kanał odczytu/zapisu)- specjalne urządzenie, które podczas operacji odczytu przetwarza sygnał analogowy pochodzący z głowic na dane cyfrowe oraz koduje dane cyfrowe na sygnał analogowy podczas operacji zapisu. Procesor ma porty wejście-wyjście (porty IO) do sterowania pozostałymi elementami znajdującymi się na płytce drukowanej i przesyłania danych przez Interfejs SATA.

Karta pamięci jest zwykły DDR-SDRAM pamięć. Ilość pamięci określa rozmiar pamięci podręcznej dysku twardego. Pamięć jest zainstalowana na tej płytce drukowanej Samsung DDR Tom 32 MB, co teoretycznie daje dyskowi pamięć podręczną w 32 MB(i jest to dokładnie kwota podana w charakterystyce technicznej dysku twardego), ale nie jest to do końca prawdą. Faktem jest, że pamięć jest logicznie podzielona na bufor pamięć (Pamięć podręczna) i pamięć oprogramowania. Procesor potrzebuje trochę pamięci, aby załadować moduły oprogramowania układowego. O ile wiadomo, tylko Hitachi/IBM wskazać rzeczywistą głośność Pamięć podręczna w opisie właściwości technicznych; w stosunku do innych dysków, o wolumenie Pamięć podręczna można się tylko domyślać.

Następny układ to sterownik silnika i jednostki głównej, czyli „twist” (Kontroler silnika cewki głosowej, kontroler VCM). Ponadto układ ten steruje dodatkowymi zasilaczami znajdującymi się na płycie, z których zasilany jest procesor i układ przedwzmacniacza-przełącznika (przedwzmacniacz, przedwzmacniacz) znajduje się w HDA. Jest to główny konsument energii na płytce drukowanej. Kontroluje obrót wrzeciona i ruch głowic. Rdzeń Kontroler VCM może pracować nawet w temperaturze 100°C.

Część oprogramowania dysku jest przechowywana w pamięć flash. Po włączeniu zasilania dysku mikrokontroler ładuje zawartość chipa flash do pamięci i rozpoczyna wykonywanie kodu. Bez poprawnie załadowanego kodu dysk nawet nie będzie chciał się rozkręcić. Jeśli na płycie nie ma chipa flash, jest on wbudowany w mikrokontroler.

Czujnik wibracji (czujnik wstrząsów) reaguje na niebezpieczne dla dysku wstrząsy i wysyła o tym sygnał do kontrolera VCM. Kontroler VCM natychmiast parkuje głowice i może zatrzymać wirowanie dysku. Teoretycznie mechanizm ten powinien chronić napęd przed dodatkowymi uszkodzeniami, ale w praktyce nie działa, więc nie upuszczaj płyt. W przypadku niektórych płyt czujnik wibracji jest bardzo czuły i reaguje na najmniejsze wibracje. Dane otrzymane z czujnika pozwalają: kontroler VCM prawidłowy ruch głowy. Na takich dyskach zainstalowane są co najmniej dwa czujniki drgań.

Na płycie znajduje się kolejne urządzenie ochronne - Tłumienie napięcia przejściowego (TVS). Chroni płytkę przed przepięciami. Z przepięciem TVS się wypala, tworząc zwarcie do masy. Ta tablica ma dwa TVS, na 5 i 12 woltów.

Rozważ hermetyczny blok.

Pod płytką znajdują się styki silnika i głowic. Dodatkowo na korpusie dysku znajduje się mały, prawie niezauważalny otwór (otwór oddechowy). Służy do wyrównania ciśnienia. Wiele osób uważa, że wewnątrz dysku twardego jest próżnia. Właściwie tak nie jest. Ten otwór umożliwia dyskowi wyrównanie ciśnienia wewnątrz i na zewnątrz obudowy. W środku jest dziura osłonięty filtrem oddechowym który zatrzymuje cząsteczki kurzu i wilgoci.

Teraz zajrzyjmy do obszaru przechowawczego. Zdejmij pokrywę dysku.

Sama pokrywa nie jest niczym specjalnym. To tylko kawałek metalu z gumową uszczelką, która chroni przed kurzem.

Rozważ wypełnienie obszaru przechowawczego.

Cenne informacje są przechowywane na metalowych dyskach, zwanych również naleśniki lub Ppłetwy (półmiski). Na zdjęciu górna płyta. Płyty wykonane są z polerowanego aluminium lub szkła i pokryte są kilkoma warstwami o różnym składzie, w tym substancją ferromagnetyczną, na której tak naprawdę przechowywane są dane. Pomiędzy naleśnikami, a także nad nimi, widzimy specjalne talerze zwane separatory lub separatory (przepustnice lub separatory). Są potrzebne do wyrównania przepływów powietrza i zmniejszenia hałasu akustycznego. Z reguły wykonane są z aluminium lub tworzywa sztucznego. Separatory aluminiowe skuteczniej schładzają powietrze wewnątrz strefy przechowawczej.

Głowice do odczytu i zapisu (głowice), zamontowany na końcach uchwytów głowicy magnetycznej, lub HSA (zespół głowicy, HSA). strefa parkowania- jest to obszar, w którym powinny znajdować się głowice zdrowego dysku, jeśli wrzeciono jest zatrzymane. W przypadku tej tarczy strefa parkowania znajduje się bliżej wrzeciona, jak widać na zdjęciu.

W przypadku niektórych napędów parkowanie odbywa się na specjalnych plastikowych parkingach znajdujących się poza płytami.

dysk twardy jest precyzyjnym mechanizmem pozycjonującym i do prawidłowego działania wymaga bardzo czystego powietrza. Podczas użytkowania wewnątrz dysku twardego mogą tworzyć się mikroskopijne cząsteczki metalu i tłuszczu. Aby natychmiast oczyścić powietrze wewnątrz płyty, jest filtr recyrkulacyjny. To zaawansowane technologicznie urządzenie, które nieustannie zbiera i wyłapuje najmniejsze cząsteczki. Filtr znajduje się na drodze przepływu powietrza wytworzonej przez obrót płyt.

Zdejmijmy górny magnes i zobaczmy, co się pod nim kryje.

Dyski twarde wykorzystują bardzo silne magnesy neodymowe. Te magnesy są tak silne, że mogą unieść ciężar w 1300 razy większe niż ich własne. Nie wkładaj więc palca między magnes a metal lub inny magnes – uderzenie będzie bardzo czułe. To zdjęcie pokazuje ograniczenia. BMG. Ich zadaniem jest ograniczanie ruchu głów, pozostawiając je na powierzchni talerzy. Ograniczniki BMG różne modele są ułożone w różny sposób, ale zawsze są dwa z nich, są używane na wszystkich nowoczesnych dyskach twardych. W naszym napędzie drugi ogranicznik znajduje się na dolnym magnesie.

Tutaj widzimy tutaj cewka (cewka głosowa), który jest częścią jednostki głównej. Tworzą się cewka i magnesy Napęd BMG (silnik cewki głosowej, VCM). Napęd i blok głowic magnetycznych, forma pozycjoner- urządzenie poruszające głowami. Nazywa się czarny plastikowy kawałek o złożonym kształcie zatrzask (zatrzask siłownika). Jest to mechanizm obronny, który uwalnia BMG po osiągnięciu przez silnik wrzeciona określonej liczby obrotów. Dzieje się tak z powodu ciśnienia przepływu powietrza. Zatrzask zabezpiecza głowice przed niepożądanymi ruchami w pozycji parkowania.

Teraz zdejmijmy blok głowic magnetycznych.

Precyzja i płynność ruchu BMG wspierane przez precyzyjne łożysko. Największy szczegół BMG, wykonany ze stopu aluminium, potocznie określany jako nawias lub wahacz (ramię). Na końcu wahacza znajdują się głowice na zawieszeniu sprężynowym (Głowice zespołu gimbala, HGA). Zazwyczaj głowice i wahacze dostarczane są przez różnych producentów. Elastyczny kabel (elastyczny obwód drukowany, FPC) idzie do płytki kontaktowej, dokującej z płytą sterującą.

Rozważ komponenty BMG jeszcze.

Cewka podłączona do kabla.

Łożysko.

Poniższe zdjęcie pokazuje Kontakty BMG.

Uszczelka zapewnia szczelność połączenia. W ten sposób powietrze może dostać się do wnętrza dysku i jednostki głównej tylko przez otwór wyrównujący ciśnienie. Styki na tym dysku są pokryte cienką warstwą złota w celu poprawy przewodności.

To klasyczny rocker.

Nazywane są małe czarne kawałki na końcach wieszaków sprężynowych suwaki. Wiele źródeł wskazuje, że suwaki i głowice to jedno i to samo. W rzeczywistości suwak pomaga czytać i zapisywać informacje, podnosząc głowę nad powierzchnię naleśników. Na nowoczesnych dyskach twardych głowy poruszają się na odległość 5-10 nanometry z powierzchni naleśników. Dla porównania ludzki włos ma średnicę około 25000 nanometrów. Jeśli jakakolwiek cząsteczka dostanie się pod suwak, może to doprowadzić do przegrzania głowic na skutek tarcia i ich awarii, dlatego tak ważna jest czystość powietrza wewnątrz obudowy. Same elementy do czytania i pisania znajdują się na końcu suwaka. Są tak małe, że można je zobaczyć tylko pod dobrym mikroskopem.

Jak widać powierzchnia slidera nie jest płaska, posiada aerodynamiczne rowki. Pomagają ustabilizować wysokość lotu slidera. Powietrze pod suwakiem tworzy się poduszka powietrzna (powierzchnia łożyska powietrznego, ABS). Poduszka powietrzna utrzymuje lot suwaka prawie równolegle do powierzchni naleśnika.

Oto kolejny obraz suwaka

Styki głowy są tutaj wyraźnie widoczne.

To kolejna ważna część. BMG, który nie został jeszcze omówiony. Nazywa się p przedwzmacniacz (przedwzmacniacz, przedwzmacniacz). przedwzmacniacz- to chip, który kontroluje głowice i wzmacnia sygnał dochodzący do nich lub z nich.

przedwzmacniacz położony w prawo w BMG z bardzo prostego powodu – sygnał dochodzący z głowic jest bardzo słaby. Na nowoczesnych dyskach ma częstotliwość około 1 GHz. Jeśli wyjmiesz przedwzmacniacz z obszaru przechowawczego, tak słaby sygnał będzie silnie tłumiony w drodze do tablicy kontrolnej.

Więcej ścieżek prowadzi z przedwzmacniacza do głowic (po prawej) niż do obszaru przechowawczego (po lewej). Faktem jest, że dysk twardy nie może jednocześnie pracować z więcej niż jedną głowicą (parą elementów do zapisu i odczytu). Twardy dysk wysyła sygnały do przedwzmacniacza i wybiera głowicę, do której dysk twardy aktualnie ma dostęp. Ten dysk twardy ma sześć ścieżek prowadzących do każdej głowicy. Dlaczego tak dużo? Jedna ścieżka jest uziemiona, dwie kolejne służą do odczytu i zapisu elementów. Kolejne dwie ścieżki służą do sterowania minisiłownikami, specjalnymi urządzeniami piezoelektrycznymi lub magnetycznymi, które mogą poruszać lub obracać suwak. Pomaga to dokładniej ustawić pozycję głowic nad torem. Ostatnia ścieżka prowadzi do grzejnika. Grzałka służy do kontrolowania wysokości lotu głowic. Grzałka przekazuje ciepło do zawieszenia łączącego slider i rocker. Wieszak wykonany jest z dwóch stopów o różnej rozszerzalności cieplnej. Po podgrzaniu zawieszenie wygina się w kierunku powierzchni naleśnika, zmniejszając w ten sposób wysokość lotu głowy. Po schłodzeniu zawiesina prostuje się.

W tym artykule omówimy tylko dyski twarde (HDD), czyli nośniki na dyskach magnetycznych. O SSD będzie następny artykuł.

Co to jest dysk twardy

Tradycyjnie spójrzmy na definicję dysku twardego w Wikipedii:
Dysk twardy (śruba, dysk twardy, dysk twardy, HDD, HDD, HMDD) to urządzenie pamięci masowej o dostępie swobodnym oparte na zasadzie zapisu magnetycznego.
Wykorzystywane są w zdecydowanej większości komputerów, a także oddzielnie podłączanych urządzeń do przechowywania kopii zapasowych danych, przechowywania plików itp.
Zastanówmy się trochę. Podoba mi się określenie „dysk twardy”. Te pięć słów oddaje cały sens. HDD to urządzenie, którego celem jest przechowywanie zapisanych na nim danych przez długi czas. Dyski twarde oparte są na twardych (aluminiowych) dyskach ze specjalną powłoką, na których za pomocą specjalnych głowic zapisywane są informacje.
Nie będę szczegółowo omawiał samego procesu nagrywania - w rzeczywistości jest to fizyka ostatnich klas szkoły i jestem pewien, że nie masz ochoty się w to zagłębiać, a artykuł wcale o tym nie jest.
Zwróć też uwagę na frazę: „losowy dostęp”, co z grubsza oznacza, że my (komputer) możemy w każdej chwili odczytać informacje z dowolnego odcinka linii kolejowej.
Ważne jest, aby pamięć HDD nie była ulotna, to znaczy nie ma znaczenia, czy jest podłączone zasilanie, czy nie, informacje zapisane na urządzeniu nigdzie nie znikną. Jest to istotna różnica między pamięcią stałą komputera a pamięcią tymczasową (RAM).
Patrząc na dysk twardy komputera w prawdziwym życiu, nie zobaczysz żadnych dysków ani głowic, ponieważ wszystko to jest ukryte w szczelnej obudowie (strefa hermetyczna). Zewnętrznie dysk twardy wygląda tak.
Myślę, że rozumiesz, co to jest HDD. Pójść dalej.

Dlaczego komputer potrzebuje dysku twardego?

Zastanów się, czym jest dysk twardy w komputerze, czyli jaką rolę odgrywa w komputerze. Widać, że przechowuje dane, ale jak i co. Tutaj wyróżniamy następujące funkcje dysku twardego:
- Przechowywanie systemu operacyjnego, oprogramowania użytkownika i ich ustawień;
- Przechowywanie plików użytkownika: muzyki, wideo, obrazów, dokumentów itp.;
- Wykorzystanie części miejsca na dysku twardym do przechowywania danych, które nie mieszczą się w pamięci RAM (plik stronicowania) lub przechowywanie zawartości pamięci RAM w trybie uśpienia;
- Jak widać, dysk twardy komputera to nie tylko zrzut zdjęć, muzyki i filmów. Przechowuje cały system operacyjny, a dodatkowo dysk twardy pomaga radzić sobie z obciążeniem pamięci RAM, przejmując niektóre jej funkcje.

Z czego wykonany jest dysk twardy?

Częściowo wspomnieliśmy o komponentach dysku twardego, teraz zajmiemy się tym bardziej szczegółowo. Tak więc główne elementy dysku twardego:
- Obudowa - chroni mechanizmy dysku twardego przed kurzem i wilgocią. Z reguły jest szczelny, aby do środka nie dostała się ta sama wilgoć i kurz;
- Dyski (naleśniki) - płyty wykonane z pewnego stopu metali, obustronnie powlekane, na których zapisywane są dane. Liczba płyt może być różna - od jednego (w opcjach budżetowych) do kilku;
- Silnik - na wrzecionie którego mocowane są naleśniki;
- Blok głowic - konstrukcja z dźwigni (wahaczy) połączonych między sobą i głowic. Część dysku twardego, która odczytuje i zapisuje na nim informacje. Na jeden naleśnik używa się pary głów, ponieważ działają zarówno górna, jak i dolna część;
- Urządzenie pozycjonujące (siłownik) - mechanizm napędzający blok głowic. Składa się z pary trwałych magnesów neodymowych i cewki umieszczonej na końcu jednostki głównej;
- Kontroler - elektroniczny mikroukład sterujący pracą dysku twardego;
- Strefa parkowania - miejsce wewnątrz dysku przy dyskach lub na ich wnętrzu, gdzie głowice są opuszczane (parkowane) na czas bezczynności, aby nie uszkodzić powierzchni roboczej naleśników.
Takie proste urządzenie z dyskiem twardym. Powstała wiele lat temu i od dawna nie dokonywano w niej zasadniczych zmian. I ruszamy dalej.

Jak działa dysk twardy

Po doprowadzeniu zasilania do dysku twardego silnik, na którego wrzecionie zamocowane są naleśniki, zaczyna się rozkręcać. Po osiągnięciu prędkości, z jaką w pobliżu powierzchni dysków powstaje stały strumień powietrza, głowice zaczynają się poruszać.
Ta sekwencja (najpierw tarcze się obracają, a potem głowice zaczynają pracować) jest konieczna, aby głowice zawisły nad płytami w wyniku przepływu powietrza. Tak, nigdy nie dotykają powierzchni dysków, w przeciwnym razie te ostatnie zostałyby natychmiast uszkodzone. Jednak odległość od powierzchni talerzy magnetycznych do głowic jest tak mała (~10 nm), że nie widać jej gołym okiem.
Po uruchomieniu w pierwszej kolejności odczytywane są informacje serwisowe o stanie dysku twardego i inne niezbędne informacje na jego temat, znajdujące się na tzw. ścieżce zerowej. Dopiero wtedy rozpoczyna się praca z danymi.
Informacje na dysku twardym komputera zapisywane są na ścieżkach, które z kolei podzielone są na sektory (taka pizza pokrojona na kawałki). Aby zapisać pliki, kilka sektorów łączy się w klaster, który jest najmniejszym miejscem, w którym można zapisać plik.
Oprócz takiego „poziomego” partycjonowania dysku istnieje również warunkowe „pionowe”. Ponieważ wszystkie głowice są połączone, są one zawsze umieszczane na tym samym numerze ścieżki, każda na osobnej płycie. Tak więc podczas pracy dysku twardego głowice niejako rysują cylinder.
Podczas pracy HDD w rzeczywistości wykonuje dwa polecenia: czytanie i pisanie. Gdy konieczne jest wykonanie polecenia zapisu, obliczany jest obszar na dysku, na którym zostanie wykonany, następnie głowice są pozycjonowane i faktycznie polecenie jest wykonywane. Wynik jest następnie sprawdzany. Oprócz zapisywania danych bezpośrednio na dysku, informacje trafiają również do jego pamięci podręcznej.
Jeśli kontroler otrzyma polecenie odczytu, w pierwszej kolejności sprawdza, czy w pamięci podręcznej znajdują się wymagane informacje. Jeśli go tam nie ma, ponownie obliczane są współrzędne do ustawienia głowic, następnie głowice są ustawiane i odczytywane.
Po zakończeniu prac, gdy zaniknie zasilanie dysku twardego, głowice automatycznie parkują w strefie parkowania.
Tak ogólnie działa dysk twardy komputera. W rzeczywistości wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane, ale przeciętny użytkownik najprawdopodobniej nie potrzebuje takich szczegółów, więc zakończymy tę sekcję i przejdziemy dalej.

Rodzaje dysków twardych i ich producenci

Obecnie na rynku są właściwie trzej główni producenci dysków twardych: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. W pełni pokrywają zapotrzebowanie na urządzenia wszystkich typów i wymagań. Pozostałe firmy albo zbankrutowały, albo zostały przejęte przez kogoś z trzech głównych, albo zmieniły profil.
Jeśli mówimy o rodzajach dysków twardych, można je podzielić w ten sposób:

1. Dla laptopów - głównym parametrem jest rozmiar urządzenia 2,5 cala. Dzięki temu można je kompaktowo umieścić w obudowie laptopa;
2. W przypadku PC - w tym przypadku również możliwe jest użycie dysków twardych 2,5″, ale z reguły używane są dyski 3,5 cala;
3. Zewnętrzne dyski twarde - urządzenia, które są oddzielnie podłączane do komputera PC / laptopa, najczęściej pełniące rolę magazynu plików.
Istnieje również specjalny rodzaj dysków twardych - do serwerów. Są one identyczne z konwencjonalnymi komputerami PC, ale mogą różnić się interfejsami do połączeń i większą wydajnością.

Wszystkie inne podziały HDD na typy wynikają z ich cech, dlatego rozważymy je.

Specyfikacje dysku twardego

Tak więc główne cechy dysku twardego komputera:

Rozmiar jest miarą maksymalnej ilości danych, które mogą zmieścić się na dysku. Pierwszą rzeczą, na którą zwykle zwracają uwagę przy wyborze dysku twardego. Liczba ta może osiągnąć 10 TB, chociaż 500 GB - 1 TB jest częściej wybierane na komputer domowy;
- Współczynnik kształtu - rozmiar dysku twardego. Najczęstsze to 3,5 i 2,5 cala. Jak wspomniano powyżej, 2.5″ w większości przypadków jest instalowane w laptopach. Są również używane w zewnętrznych dyskach twardych. 3.5″ jest zainstalowany na PC i na serwerze. Współczynnik kształtu ma również wpływ na wielkość, ponieważ na większym dysku można zmieścić więcej danych;
- Prędkość obrotowa wrzeciona - z jaką prędkością obracają się naleśniki. Najczęstsze to 4200, 5400, 7200 i 10000 obr./min. Ta cecha bezpośrednio wpływa na wydajność, a także cenę urządzenia. Im wyższa prędkość, tym większe obie wartości;
- Interfejs - sposób (typ złącza) podłączenia dysku twardego do komputera. Najpopularniejszym obecnie interfejsem dla wewnętrznych dysków twardych jest SATA (starsze komputery używały IDE). Zewnętrzne dyski twarde są zwykle podłączane przez USB lub FireWire. Oprócz wymienionych istnieją inne interfejsy, takie jak SCSI, SAS;
- Rozmiar bufora (pamięć podręczna) - rodzaj szybkiej pamięci (według typu pamięci RAM) zainstalowanej na kontrolerze HDD, przeznaczonej do tymczasowego przechowywania najczęściej używanych danych. Rozmiar bufora może wynosić 16, 32 lub 64 MB;
- Czas dostępu losowego - czas, w którym HDD gwarantuje zapis lub odczyt z dowolnej części dysku. Zmienia się od 3 do 15 ms;

Oprócz powyższych cech można znaleźć również wskaźniki takie jak:

Prędkość przesyłu danych;
- Liczba operacji we/wy na sekundę;
- Poziom hałasu;
- Niezawodność;
- Odporność na uderzenia itp.;
Kosztem charakterystyki dysku twardego to wszystko.

Dysk twardy (HDD) \ HDD (dysk twardy) \ dysk twardy (nośnik) to materialny obiekt zdolny do przechowywania informacji.

Akumulatory informacji można sklasyfikować według następujących cech:

metoda przechowywania informacji: magnetoelektryczna, optyczna, magnetooptyczna;
rodzaj nośnika informacji: napędy na dyskietkach i dyskach twardych, dyski optyczne i magnetooptyczne, taśma magnetyczna, elementy pamięci półprzewodnikowych;
sposób organizacji dostępu do informacji – napędy dostępu bezpośredniego, sekwencyjnego i blokowego;
rodzaj urządzenia do przechowywania informacji - wbudowane (wewnętrzne), zewnętrzne, autonomiczne, mobilne (do noszenia), itp.

Znaczna część obecnie stosowanych nośników informacji opiera się na nośnikach magnetycznych.

Urządzenie z dyskiem twardym

Dysk twardy zawiera zestaw płytek, które najczęściej są metalowymi krążkami pokrytymi materiałem magnetycznym - talerzem (ferryt gamma, ferryt baru, tlenek chromu...) i połączonych ze sobą za pomocą wrzeciona (wał, oś).
Same krążki (grubość około 2 mm) są wykonane z aluminium, mosiądzu, ceramiki lub szkła. (patrz zdjęcie)

Do nagrywania wykorzystywane są obie powierzchnie płyt. Używane 4-9 talerze. Wał obraca się z dużą stałą prędkością (3600-7200 obr/min)
Obrót dysków i radykalny ruch głowic odbywa się za pomocą 2 silniki elektryczne.
Dane są zapisywane lub odczytywane za pomocą pisz/czytaj głowy po jednym na każdą powierzchnię dysku. Liczba głowic jest równa liczbie powierzchni roboczych wszystkich dysków.

Zapis informacji na dysku odbywa się w ściśle określonych miejscach - koncentrycznie tory (tory) . Tory są podzielone na sektory. Jeden sektor zawiera 512 bajtów informacji.

Wymiana danych między pamięcią RAM i NMD odbywa się sekwencyjnie przez liczbę całkowitą (klaster). grupa- łańcuchy kolejnych sektorów (1,2,3,4,…)

Specjalny silnik za pomocą wspornika ustawia głowicę odczytująco-zapisującą nad daną ścieżką (przesuwa ją w kierunku promieniowym).
Gdy dysk jest obracany, głowica znajduje się nad żądanym sektorem. Oczywiste jest, że wszystkie głowice poruszają się jednocześnie, a głowice odczytują jednocześnie i odczytują informacje z tych samych ścieżek na różnych dyskach z tych samych ścieżek na różnych dyskach.

Ścieżki dysku twardego o tym samym numerze sekwencyjnym na różnych dyskach twardych są nazywane cylinder .
Głowice odczytująco-zapisujące poruszają się po powierzchni talerza. Im bliżej głowicy znajduje się powierzchnia płyty bez jej dotykania, tym wyższa dopuszczalna gęstość zapisu.

Urządzenie z dyskiem twardym

Magnetyczna zasada czytania i pisania informacji

zasada zapisu magnetycznego

Fizyczne podstawy procesów zapisu i odtwarzania informacji na nośnikach magnetycznych zostały określone w pracach fizyków M. Faradaya (1791 - 1867) i D. K. Maxwella (1831 - 1879).

Na magnetycznych nośnikach danych zapis cyfrowy odbywa się na materiale wrażliwym magnetycznie. Do takich materiałów należą niektóre odmiany tlenków żelaza, niklu, kobaltu i jego związków, stopy, a także magnetoplasty i magnetoelasty z lepkimi tworzywami sztucznymi i gumą, mikroproszkowe materiały magnetyczne.

Powłoka magnetyczna ma grubość kilku mikrometrów. Powłoka jest nakładana na niemagnetyczną podstawę, którą są różne tworzywa sztuczne do taśm magnetycznych i dyskietek oraz stopy aluminium i kompozytowe materiały podłoża do dysków twardych. Powłoka magnetyczna dysku ma strukturę domenową, tj. składa się z wielu namagnesowanych drobnych cząstek.

Domena magnetyczna (z łac. dominium - posiadanie) - jest to mikroskopijny, równomiernie namagnesowany obszar w próbkach ferromagnetycznych, oddzielony od sąsiednich obszarów cienkimi warstwami przejściowymi (ścianami domen).

Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego wewnętrzne pola magnetyczne domen są zorientowane zgodnie z kierunkiem linii pola magnetycznego. Po ustaniu działania pola zewnętrznego na powierzchni domeny tworzą się strefy szczątkowego namagnesowania. Dzięki tej właściwości informacje są przechowywane na nośniku magnetycznym, działającym w polu magnetycznym.

Podczas zapisywania informacji za pomocą głowicy magnetycznej tworzone jest zewnętrzne pole magnetyczne. W procesie odczytu informacji strefy namagnesowania szczątkowego, znajdujące się naprzeciw głowicy magnetycznej, indukują w niej podczas odczytu siłę elektromotoryczną (EMF).

Schemat zapisu i odczytu z dysku magnetycznego przedstawiono na rys. 3.1 Zmiana kierunku pola elektromagnetycznego w pewnym okresie czasu jest identyfikowana za pomocą jednostki binarnej, a brak tej zmiany jest identyfikowany przez zero. Ten okres czasu nazywa się element bitowy.

Powierzchnia nośnika magnetycznego jest traktowana jako sekwencja wykropkowanych pozycji, z których każda jest powiązana z pewną informacją. Ponieważ lokalizacja tych położeń nie jest dokładnie określona, zapis wymaga wcześniej nałożonych znaczników, aby pomóc zlokalizować wymagane pozycje zapisu. Aby zastosować takie znaki synchronizacji, dysk musi być podzielony na ścieżki.
i sektory - formatowanie .

Organizacja szybkiego dostępu do informacji na dysku to ważny krok w przechowywaniu danych. Dostęp online do dowolnej części powierzchni dysku jest zapewniony, po pierwsze, poprzez szybkie obracanie, a po drugie, poprzez przesuwanie magnetycznej głowicy odczytująco-zapisującej wzdłuż promienia dysku.
Dyskietka obraca się z prędkością 300-360 obr./min, a dysk twardy - 3600-7200 obr./min.

Jednostka logiczna dysku twardego

Dysk magnetyczny nie jest początkowo gotowy do pracy. Aby doprowadzić go do stanu roboczego, musi być sformatowany, tj. musi zostać utworzona struktura dysku.

Struktura (znaczniki) dysku jest tworzona podczas procesu formatowania.

Formatowanie dyski magnetyczne obejmują 2 etapy:

formatowanie fizyczne (niski poziom)
logiczne (wysoki poziom).

Podczas fizycznego formatowania powierzchnia robocza dysku jest dzielona na oddzielne obszary zwane sektory , które znajdują się wzdłuż koncentrycznych okręgów - ścieżek.

Dodatkowo określane są sektory nieodpowiednie do rejestracji danych, są one oznaczane jako zły w celu uniknięcia ich użycia. Każdy sektor jest najmniejszą jednostką danych na dysku i ma własny adres umożliwiający bezpośredni dostęp do niego. Adres sektora zawiera numer boczny płyty, numer ścieżki i numer sektora na ścieżce. Parametry fizyczne dysku są ustawione.

Z reguły użytkownik nie musi zajmować się formatowaniem fizycznym, ponieważ w większości przypadków dyski twarde są sformatowane. Ogólnie rzecz biorąc, powinno to robić wyspecjalizowane centrum serwisowe.

Formatowanie niskiego poziomu należy to zrobić w następujących przypadkach:

jeśli wystąpiła awaria na ścieżce zerowej, powodująca problemy podczas uruchamiania z dysku twardego, ale sam dysk jest dostępny podczas uruchamiania z dyskietki;
jeśli wrócisz do stanu pracy stary dysk, na przykład przerobiony z uszkodzonego komputera.
jeśli dysk okazał się sformatowany do pracy z innym systemem operacyjnym;
jeśli dysk przestał działać normalnie, a wszystkie metody odzyskiwania nie dały pozytywnych wyników.

Pamiętaj, że formatowanie fizyczne jest bardzo potężna operacja.- po jego wykonaniu dane zapisane na dysku zostaną całkowicie skasowane i nie będzie można ich przywrócić! Dlatego nie rozpoczynaj formatowania niskiego poziomu, chyba że masz pewność, że wszystkie ważne dane zostały zapisane na dysku twardym!

Po wykonaniu formatowania niskopoziomowego następuje kolejny krok — utworzenie partycji dysku twardego na jedną lub więcej dyski logiczne - najlepszy sposób radzenia sobie z zamętem katalogów i plików rozsianych po całym dysku.

Bez dodawania jakichkolwiek elementów sprzętowych do systemu masz możliwość pracy z wieloma częściami jednego dysku twardego, tak jak z wieloma dyskami.
Nie zwiększa to pojemności dysku, ale można znacznie usprawnić jego organizację. Ponadto różne dyski logiczne mogą być używane w różnych systemach operacyjnych.

Na formatowanie logiczne ostateczne przygotowanie nośnika do przechowywania danych odbywa się poprzez logiczną organizację przestrzeni dyskowej.
Dysk jest przygotowywany do zapisu plików do sektorów utworzonych przez formatowanie niskopoziomowe.
Po utworzeniu tabeli podziału dysków następuje kolejny krok - formatowanie logiczne poszczególnych części podziału, zwanych dalej dyskami logicznymi.

dysk logiczny to pewien obszar dysku twardego, który działa w taki sam sposób, jak oddzielny dysk.

Formatowanie logiczne jest znacznie prostszym procesem niż formatowanie niskopoziomowe.
Aby to zrobić, uruchom komputer z dyskietki zawierającej narzędzie FORMAT.
Jeśli masz wiele dysków logicznych, sformatuj je jeden po drugim.

Podczas logicznego procesu formatowania dysk jest przydzielany obszar systemu który składa się z 3 części:

sektor rozruchowy i tablica partycji (rekord rozruchowy)
tabele alokacji plików (FAT), które rejestrują liczbę ścieżek i sektorów przechowujących pliki
katalog główny (katalog główny).

Zapisywanie informacji odbywa się w częściach za pośrednictwem klastra. W tym samym klastrze nie mogą znajdować się 2 różne pliki.
Ponadto na tym etapie dyskowi można nadać nazwę.

Dysk twardy można podzielić na kilka dysków logicznych i odwrotnie 2 dyski twarde można połączyć w jeden dysk logiczny.

Zaleca się utworzenie co najmniej dwóch partycji (dwóch dysków logicznych) na dysku twardym: jedna z nich jest zarezerwowana dla systemu operacyjnego i oprogramowania, druga dysk jest przeznaczona wyłącznie na dane użytkownika. Dzięki temu dane i pliki systemowe są przechowywane oddzielnie od siebie, a w przypadku awarii systemu operacyjnego prawdopodobieństwo zapisania danych użytkownika jest znacznie większe.

Charakterystyka dysku twardego

Dyski twarde (dyski twarde) różnią się między sobą następującymi cechami:

Pojemność
szybkość - czas dostępu do danych, szybkość odczytu i zapisu informacji.
interfejs (sposób połączenia) - rodzaj kontrolera, do którego ma być podłączony dysk twardy (najczęściej IDE/EIDE oraz różne opcje SCSI).
Inne funkcje

1. Pojemność- ilość informacji mieszczących się na dysku (określona poziomem technologii produkcji).
Obecnie pojemność wynosi 500 -2000 lub więcej GB. Nigdy nie ma wystarczającej ilości miejsca na dysku twardym.

2. Szybkość pracy (wydajność) Dysk charakteryzuje się dwoma wskaźnikami: czas dostępu do dysku I prędkość odczytu/zapisu dysku.

Czas dostępu - czas potrzebny do przesunięcia (położenia) głowic odczytu/zapisu do żądanej ścieżki i sektora.
Średni charakterystyczny czas dostępu pomiędzy dwiema losowo wybranymi ścieżkami wynosi około 8-12ms (milisekund), szybsze dyski mają czas 5-7ms.
Czas przejścia do sąsiedniego toru (sąsiedni cylinder) wynosi mniej niż 0,5 - 1,5 ms. Zwrócenie się do właściwego sektora wymaga również czasu.
Całkowity czas rotacji dysku dla dzisiejszych dysków twardych wynosi 8-16ms, średni czas oczekiwania na sektor to 3-8ms.
Im krótszy czas dostępu, tym szybciej napęd będzie działał.

Prędkość odczytu/zapisu(przepustowość we/wy) lub szybkość transmisji danych (transfer)- czas przesyłania danych sekwencyjnych zależy nie tylko od dysku, ale także od jego kontrolera, typu magistrali, szybkości procesora. Szybkość dysków wolnych to 1,5-3 Mb/s, szybkich 4-5 Mb/s, najnowszych 20 Mb/s.
Dyski twarde z interfejsem SCSI obsługują prędkość obrotową 10 000 obr./min. i średni czas wyszukiwania 5ms, szybkość transmisji danych 40-80 Mb/s.

3.Standard interfejsu dysku twardego - tj. typ kontrolera, do którego ma być podłączony dysk twardy. Znajduje się na płycie głównej.
Istnieją trzy główne interfejsy połączeń

IDE i jego różne warianty

IDE (Integrated Disk Electronics) lub (ATA) Advanced Technology Attachment
Zalety - prostota i niski koszt

Szybkość transmisji: 8,3, 16,7, 33,3, 66,6, 100 Mb/s. W miarę rozwoju danych interfejs obsługuje rozszerzanie listy urządzeń: dysk twardy, super-dyskietka, magneto-optyka,
NML, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Wprowadzono pewne elementy zrównoleglania (zagniatanie i rozłączanie/ponowne łączenie), kontrolę integralności danych podczas transmisji. Główną wadą IDE jest niewielka liczba podłączonych urządzeń (nie więcej niż 4), co wyraźnie nie wystarcza na wysokiej klasy PC.
Obecnie interfejsy IDE przeszły na nowe protokoły wymiany Ultra ATA. Znacząco zwiększ przepustowość
Tryb 4 i tryb DMA (Direct Memory Access) Mode 2 pozwalają na przesyłanie danych z prędkością 16,6 Mb/s, jednak rzeczywista szybkość przesyłania danych byłaby znacznie mniejsza.
Standardy Ultra DMA/33 i Ultra DMA/66 opracowane w lutym 98 roku. firmy Quantum mają 3 tryby pracy odpowiednio 0,1,2 i 4, w drugim trybie nośniki obsługują
prędkość transferu 33Mb/s. (Ultra DMA/33 Mode 2) Tak wysoką prędkość można osiągnąć jedynie poprzez wymianę z buforem pamięci. Aby skorzystać
Standardy Ultra DMA muszą spełniać 2 warunki:

1. wsparcie sprzętowe na płycie głównej (chipset) oraz z boku samego napędu.

2. do obsługi trybu Ultra DMA, podobnie jak inne DMA (bezpośredni dostęp do pamięci - bezpośredni dostęp do pamięci).

Wymaga specjalnego sterownika dla różnych chipsetów. Z reguły są one dołączone do płyty systemowej, w razie potrzeby można ją „pobrać”
z Internetu ze strony producenta płyty głównej.

Standard Ultra DMA jest wstecznie kompatybilny z poprzednimi wolniejszymi kontrolerami.
Dzisiejsza wersja: Ultra DMA/100 (koniec 2000) i Ultra DMA/133 (2001).

SATA
Zastąpienie IDE (ATA) inną szybką magistralą szeregową Fireware (IEEE-1394). Zastosowanie nowej technologii pozwoli na zwiększenie prędkości transmisji do 100Mb/s,
zwiększa niezawodność systemu, co pozwoli na instalację urządzeń bez komputera, co jest absolutnie niemożliwe w interfejsie ATA.

SCSI (interfejs małego systemu komputerowego)- urządzenia są 2 razy droższe niż zwykłe, wymagają specjalnego kontrolera na płycie głównej.
Używany do serwerów, systemów wydawniczych, CAD. Zapewnij wyższą wydajność (prędkość do 160Mb/s), szeroką gamę podłączonych urządzeń pamięci masowej.
Kontroler SCSI należy zakupić z odpowiednim napędem.

Przewaga SCSI nad IDE - elastyczność i wydajność.
Elastyczność polega na dużej liczbie podłączonych urządzeń (7-15), a w przypadku IDE (maksymalnie 4) dłuższej długości kabla.
Wydajność - Wysoka prędkość transferu i możliwość przetwarzania wielu transakcji jednocześnie.

1. Ultra SCSI 2/3 (Fast-20) do 40 Mb/s

2. Inna technologia interfejsu SCSI o nazwie Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) umożliwia połączenie do 100 Mb/s, długość kabla wynosi do 30 metrów. Technologia FC-AL pozwala na wykonanie połączenia „na gorąco”, tj. w podróży, posiada dodatkowe linie do kontroli i korekcji błędów (technologia jest droższa niż konwencjonalne SCSI).

4. Inne cechy nowoczesnych dysków twardych

Ogromna różnorodność modeli dysków twardych utrudnia wybór właściwego.
Oprócz wymaganej pojemności bardzo ważna jest również wydajność, o której decydują przede wszystkim jej właściwości fizyczne.
Takie cechy to średni czas wyszukiwania, prędkość obrotowa, szybkość transferu wewnętrznego i zewnętrznego, rozmiar pamięci podręcznej.

4.1 Średni czas wyszukiwania.

Dysk twardy poświęca trochę czasu na przesunięcie głowicy magnetycznej aktualnej pozycji do nowej, wymaganej do odczytania następnej informacji.
W każdej konkretnej sytuacji ten czas jest inny, w zależności od odległości, jaką musi przebyć głowa. Zazwyczaj specyfikacje podają tylko wartości średnie, a algorytmy uśredniania stosowane przez różne firmy zasadniczo się różnią, więc bezpośrednie porównanie jest trudne.

Na przykład Fujitsu, Western Digital przepuszczają wszystkie możliwe pary ścieżek, Maxtor i Quantum korzystają z metody dostępu losowego. Otrzymany wynik można dalej korygować.

Wartość czasu wyszukiwania dla pisania jest często nieco wyższa niż dla czytania. Niektórzy producenci podają w swoich specyfikacjach tylko niższą wartość (do czytania). W każdym razie, oprócz wartości średnich, warto wziąć pod uwagę maksimum (przez cały dysk),
oraz minimalny (czyli od ścieżki do ścieżki) czas wyszukiwania.

4.2 Prędkość obrotowa

Z punktu widzenia szybkości dostępu do żądanego fragmentu zapisu, szybkość obrotu wpływa na wartość tzw. czasu ukrytego, który powoduje obrót dysku w kierunku głowicy magnetycznej z żądanym sektorem.

Średnia wartość tego czasu odpowiada połowie obrotu dysku i wynosi 8,33 ms przy 3600 obr/min, 6,67 ms przy 4500 obr/min, 5,56 ms przy 5400 obr/min, 4,17 ms przy 7200 obr/min.

Ukryta wartość czasu jest porównywalna ze średnim czasem wyszukiwania, więc w niektórych trybach może mieć taki sam, jeśli nie większy wpływ na wydajność.

4.3 Wewnętrzna szybkość transmisji

Szybkość, z jaką dane są zapisywane lub odczytywane z dysku. Ze względu na zapis strefowy ma zmienną wartość - wyższą na ścieżkach zewnętrznych i niższą na ścieżkach wewnętrznych.
Podczas pracy z długimi plikami w wielu przypadkach to właśnie ten parametr ogranicza szybkość transferu.

4.4 Zewnętrzna szybkość transmisji

- prędkość (szczyt), z jaką dane są przesyłane przez interfejs.

Zależy od typu interfejsu i najczęściej ma stałe wartości: 8.3; 11.1; 16,7 Mb/s dla Enhanced IDE (tryb PIO2, 3, 4); 33,3 66,6 100 dla Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Mb/s odpowiednio dla synchronicznego SCSI, Fast SCSI-2, FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 bitów).

4.5 Obecność dysku twardego jego pamięci podręcznej i jej rozmiar (bufor dysku).

Wielkość i organizacja pamięci podręcznej (bufora wewnętrznego) może znacząco wpłynąć na wydajność dysku twardego. Podobnie jak w przypadku zwykłej pamięci podręcznej,
wzrost wydajności po osiągnięciu określonej objętości gwałtownie zwalnia.

Duża segmentowana pamięć podręczna jest istotna w przypadku wydajnych dysków SCSI używanych w środowiskach wielozadaniowych. Im więcej pamięci podręcznej, tym szybszy dysk twardy (128-256 KB).

Wpływ każdego z parametrów na ogólną wydajność jest dość trudny do wyizolowania.

Wymagania dotyczące dysków twardych

Głównym wymaganiem stawianym dyskom jest to, aby niezawodność działania była gwarantowana przez długą żywotność komponentów wynoszącą 5-7 lat; dobre statystyki, a mianowicie:

średni czas między awariami to nie mniej niż 500 tys. godzin (najwyższa klasa to 1 mln godzin lub więcej).
wbudowany system aktywnego monitorowania stanu węzłów dyskowych, SMART /Technologia analizy i raportowania samokontroli.

Technologia MĄDRY. (Technika analizy i raportowania samooceny) to otwarty standard branżowy opracowany niegdyś przez firmy Compaq, IBM i wielu innych producentów dysków twardych.

Istotą tej technologii jest wewnętrzna autodiagnostyka dysku twardego, która pozwala ocenić jego aktualny stan i poinformować o ewentualnych przyszłych problemach, które mogą doprowadzić do utraty danych lub awarii dysku.

Stan wszystkich istotnych elementów dysku jest stale monitorowany:
głowice, powierzchnie robocze, silnik elektryczny z wrzecionem, zespół elektroniki. Na przykład, jeśli wykryte zostanie osłabienie sygnału, wówczas informacja jest nadpisywana i następuje dalsza obserwacja.
Jeśli sygnał ponownie słabnie, to dane są przenoszone do innej lokalizacji, a klaster ten jest umieszczany jako wadliwy i niedostępny, a zamiast niego udostępniany jest inny klaster z rezerwy dyskowej.

Podczas pracy z dyskiem twardym należy przestrzegać reżimu temperaturowego, w którym działa dysk. Producenci gwarantują bezawaryjną pracę dysku twardego w temperaturze otoczenia w zakresie od 0C do 50C, choć w zasadzie bez poważnych konsekwencji można zmieniać granice o co najmniej 10 stopni w obie strony.
Przy dużych odchyleniach temperatury może nie powstać szczelina powietrzna o wymaganej grubości, co doprowadzi do uszkodzenia warstwy magnetycznej.

Generalnie producenci dysków twardych przykładają dużą wagę do niezawodności swoich produktów.

Głównym problemem jest wnikanie obcych cząstek do dysku.

Dla porównania: cząsteczka dymu tytoniowego jest dwukrotnie większa od powierzchni głowy, grubość ludzkiego włosa jest 5-10 razy większa.
Dla głowy spotkanie z takimi przedmiotami zaowocuje mocnym ciosem, a w efekcie częściowym uszkodzeniem lub całkowitą awarią.
Zewnętrznie jest to zauważalne jako pojawienie się dużej liczby regularnie ułożonych bezużytecznych skupisk.

Niebezpieczne są krótkotrwałe duże przyspieszenia (przeciążenia), które występują podczas wstrząsów, upadków itp. Na przykład od uderzenia głowa ostro uderza w magnes
warstwy i powoduje jej zniszczenie w odpowiednim miejscu. Lub wręcz przeciwnie, najpierw porusza się w przeciwnym kierunku, a następnie pod działaniem siły sprężystej uderza o powierzchnię jak sprężyna.
W efekcie w obudowie pojawiają się cząsteczki powłoki magnetycznej, które ponownie mogą uszkodzić głowicę.

Nie myśl, że pod działaniem siły odśrodkowej odlecą od dysku - warstwy magnetycznej
mocno je wciąga. W zasadzie konsekwencją nie jest samo uderzenie (można jakoś pogodzić się z utratą pewnej liczby klastrów), ale fakt, że w tym przypadku powstają cząstki, które z pewnością spowodują dalsze uszkodzenia dysku.

Aby zapobiec takim bardzo nieprzyjemnym przypadkom, różne firmy stosują różnego rodzaju sztuczki. Oprócz prostego zwiększenia wytrzymałości mechanicznej elementów dysku, stosowana jest również inteligentna technologia S.M.A.R.T., która monitoruje niezawodność zapisu i bezpieczeństwo danych na nośniku (patrz wyżej).

W rzeczywistości dysk zawsze nie jest sformatowany do pełnej pojemności, istnieje pewien margines. Wynika to głównie z tego, że praktycznie niemożliwe jest wyprodukowanie nośnika
na których absolutnie cała powierzchnia byłaby wysokiej jakości, na pewno będą złe klastry (wadliwe). Podczas niskopoziomowego formatowania dysku, jego elektronika jest skonfigurowana tak, aby
tak, że omija te uszkodzone obszary i jest całkowicie niewidoczne dla użytkownika, że nośnik ma wadę. Ale jeśli są widoczne (na przykład po sformatowaniu)
narzędzie wyświetla ich liczbę inną niż zero), to już jest bardzo źle.

Jeśli gwarancja nie wygasła (a moim zdaniem najlepiej kupić HDD z gwarancją), to od razu zanieś dysk do sprzedawcy i zażądaj wymiany nośnika lub zwrotu pieniędzy.
Sprzedawca oczywiście od razu zacznie mówić, że kilka złych odcinków nie jest jeszcze powodem do niepokoju, ale nie wierz mu. Jak już wspomniano, ta para najprawdopodobniej spowoduje o wiele więcej innych, a następnie całkowita awaria dysku twardego jest ogólnie możliwa.

Dysk jest szczególnie wrażliwy na uszkodzenia w stanie roboczym, dlatego nie należy umieszczać komputera w miejscu, w którym może być narażony na różne wstrząsy, wibracje itp.

Przygotowanie dysku twardego do pracy

Zacznijmy od samego początku. Załóżmy, że dysk twardy i kabel do niego kupiłeś oddzielnie od komputera.
(Faktem jest, że kupując zmontowany komputer, otrzymasz przygotowany do użytku dysk).

Kilka słów o tym, jak sobie z tym poradzić. Dysk twardy to bardzo złożony produkt zawierający, oprócz elektroniki, mechanikę precyzyjną.
Dlatego wymaga ostrożnego obchodzenia się - wstrząsy, upadki i silne wibracje mogą uszkodzić jego część mechaniczną. Z reguły płyta napędowa zawiera wiele elementów o niewielkich rozmiarach i nie jest zamknięta mocnymi osłonami. Z tego powodu warto zadbać o jego bezpieczeństwo.
Pierwszą rzeczą do zrobienia po otrzymaniu dysku twardego jest zapoznanie się z dołączoną do niego dokumentacją - z pewnością będzie zawierała wiele przydatnych i interesujących informacji. Czyniąc to, należy zwrócić uwagę na następujące punkty:

obecność i opcje ustawienia zworek decydujących o ustawieniu (instalacji) dysku, np. zdefiniowanie takiego parametru jak fizyczna nazwa dysku (mogą być, ale nie mogą),
liczba głowic, cylindrów, sektorów na dyskach, poziom prekompensacji, a także typ dysku. Dane te należy wprowadzić w odpowiedzi na monit programu konfiguracyjnego komputera (instalatora).
Wszystkie te informacje będą potrzebne podczas formatowania dysku i przygotowania maszyny do pracy z nim.
Jeśli sam komputer nie określa parametrów twojego dysku twardego, zainstalowanie dysku, dla którego nie ma dokumentacji, stanie się większym problemem.
Na większości dysków twardych można znaleźć etykiety z nazwą producenta, typem (marką) urządzenia, a także tabelą utworów, których nie wolno używać.
Dodatkowo napęd może zawierać informacje o ilości głowic, cylindrów i sektorów oraz poziomie kompensacji wstępnej.

Trzeba uczciwie powiedzieć, że często na płycie zapisane jest tylko jego imię. Ale nawet w tym przypadku możesz znaleźć wymagane informacje w katalogu,
lub dzwoniąc do przedstawiciela firmy. Ważne jest, aby uzyskać odpowiedzi na trzy pytania:

Jak ustawić zworki, aby używać napędu jako master/slave?
ile cylindrów, głowic, sektorów na ścieżce, jaka jest wartość kompensacji wstępnej?
Jaki typ dysku z ROM BIOS najlepiej nadaje się do tego dysku?

Mając te informacje, możesz przystąpić do instalacji dysku twardego.

Aby zainstalować dysk twardy w komputerze, wykonaj następujące czynności:

Odłącz całą jednostkę systemową od zasilania, zdejmij pokrywę.
Podłącz kabel dysku twardego do kontrolera płyty głównej. Jeśli zainstalujesz drugi dysk, możesz użyć kabla z pierwszego, jeśli ma dodatkowe złącze, ale musisz pamiętać, że prędkość różnych dysków twardych będzie porównywana powoli w kierunku.
W razie potrzeby zamień zworki w zależności od sposobu użytkowania dysku twardego.
Zainstaluj dysk w wolnej przestrzeni i podłącz kabel od kontrolera na płycie do złącza dysku twardego z czerwonym paskiem do zasilacza, kabel zasilający.
Bezpiecznie przymocuj dysk twardy czterema śrubami po obu stronach, umieść kable starannie / oszczędnie wewnątrz komputera tak, aby podczas zamykania pokrywy ich nie przecinać,
Zamknij blok systemowy.
Jeśli sam komputer nie wykrył dysku twardego, zmień konfigurację komputera za pomocą Instalatora, aby komputer wiedział, że dodano do niego nowe urządzenie.

Producenci dysków twardych

Dyski twarde o tej samej pojemności (ale od różnych producentów) mają zwykle mniej więcej podobne cechy, a różnice wyrażają się głównie w konstrukcji obudowy, współczynniku kształtu (innymi słowy wymiarach) i okresie gwarancji. Co więcej, należy wspomnieć o tym ostatnim: koszt informacji na nowoczesnym dysku twardym jest często wielokrotnie wyższy niż jego cena.

Jeśli Twój dysk ulegnie awarii, próba naprawy często oznacza jedynie narażenie danych na dodatkowe ryzyko.
O wiele rozsądniejszym sposobem jest wymiana uszkodzonego urządzenia na nowe.
Lwią część dysków twardych na rosyjskim (i nie tylko) rynku stanowią produkty IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

nazwa producenta, który produkuje ten typ napędu,

Korporacja Quantum (www. quantum. com.), założona w 1980 roku, jest jednym z weteranów na rynku pamięci dyskowych. Firma znana jest z innowacyjnych rozwiązań technicznych mających na celu poprawę niezawodności i wydajności dysków twardych, czasu dostępu do dysku oraz szybkości odczytu/zapisu dysku, możliwości informowania o ewentualnych przyszłych problemach, które mogą doprowadzić do utraty danych lub awarii dysku.

- Jedną z autorskich technologii Quantum jest SPS (Shock Protection System), zaprojektowany w celu ochrony dysku przed wstrząsami.

- wbudowany program DPS (Data Protection System) przeznaczony do zapisywania najdroższych - danych na nich przechowywanych.

Korporacja Western Digital (www.wdс.com.) jest również jedną z najstarszych firm produkujących dyski, która w swojej historii znała swoje wzloty i upadki.
Firma od niedawna może wprowadzić do swoich napędów najnowsze technologie. Wśród nich warto zwrócić uwagę na własny rozwój - technologię Data Lifeguard, która jest dalszym rozwinięciem firmy S.M.A.R.T. Próbuje logicznie zakończyć łańcuch.

Zgodnie z tą technologią powierzchnia dysku jest regularnie skanowana w okresie, gdy nie jest używana przez system. Odczytuje dane i sprawdza ich integralność. Jeśli w procesie dostępu do sektora zostaną zauważone problemy, dane są przesyłane do innego sektora.
Informacje o sektorach o niskiej jakości są zapisywane na wewnętrznej liście defektów, co pozwala uniknąć zapisywania do uszkodzonych sektorów w przyszłości.

Solidny Seagate (www.seagate.com) bardzo znany na naszym rynku. Swoją drogą polecam dyski twarde tej konkretnej firmy, ponieważ są niezawodne i trwałe.

W 1998 roku dokonała nowego powrotu, wypuszczając serię płyt Medalist Pro.
z prędkością obrotową 7200 obr./min, używając do tego specjalnych łożysk. Wcześniej ta prędkość była używana tylko w dyskach z interfejsem SCSI, co zwiększało wydajność. W tej samej serii zastosowano technologię SeaShield System, zaprojektowaną w celu poprawy ochrony dysku i zapisanych na nim danych przed skutkami elektrostatyki i wstrząsów. Jednocześnie zmniejsza się również wpływ promieniowania elektromagnetycznego.

Wszystkie wyprodukowane płyty obsługują S.M.A.R.T.
Nowe dyski Seagate zawierają ulepszoną wersję systemu SeaShield z większą liczbą funkcji.
Co ważne, firma Seagate twierdziła, że zaktualizowana seria ma najwyższą w branży odporność na uderzenia — 300G w stanie nieoperacyjnym.

Solidny IBM (www.storage.ibm.com) chociaż do niedawna nie była głównym dostawcą na rosyjskim rynku dysków twardych, szybko zyskała dobrą reputację dzięki szybkim i niezawodnym dyskom twardym.

Solidny Fujitsu (www.fujitsu.com) jest dużym i doświadczonym producentem dysków nie tylko magnetycznych, ale również optycznych i magnetooptycznych.
To prawda, że firma nie jest bynajmniej liderem na rynku dysków twardych z interfejsem IDE: kontroluje (według różnych badań) około 4% tego rynku, a jej główne zainteresowania dotyczą urządzeń SCSI.

Słownik terminologiczny

Ponieważ niektóre elementy napędu, które odgrywają ważną rolę w jego działaniu, są często postrzegane jako pojęcia abstrakcyjne, poniżej znajduje się wyjaśnienie najważniejszych terminów.

Czas dostępu to czas, jaki zajmuje dyskowi twardemu wyszukiwanie i przesyłanie danych do lub z pamięci.
Wydajność dysków twardych często zależy od czasu dostępu (pobrania).

Klaster (klaster)- najmniejsza jednostka miejsca, z którą pracuje system operacyjny w tabeli lokalizacji plików. Zwykle klaster składa się z 2-4-8 lub więcej sektorów.
Liczba sektorów zależy od typu dysku. Wyszukiwanie klastrów zamiast poszczególnych sektorów zmniejsza z czasem obciążenie systemu operacyjnego. Duże klastry zapewniają szybsze działanie
dysk, ponieważ liczba klastrów w tym przypadku jest mniejsza, ale miejsce (miejsce) na dysku jest wykorzystywane gorzej, ponieważ wiele plików może być mniejszych niż klaster, a pozostałe bajty klastra nie są używane.

Kontroler (CU) (Kontroler)- obwody, zwykle umieszczone na płytce rozszerzeń, które sterują pracą dysku twardego, w tym poruszaniem głowicy oraz odczytem i zapisem danych.

Cylinder (cylinder)- Ścieżki znajdujące się naprzeciwko siebie ze wszystkich stron wszystkich płyt.

Głowica napędowa- mechanizm poruszający się po powierzchni dysku twardego i zapewniający zapis elektromagnetyczny lub odczyt danych.

Tabela alokacji plików (FAT)- rekord generowany przez system operacyjny, który śledzi lokalizację każdego pliku na dysku oraz które sektory są używane i które mogą swobodnie zapisywać do nich nowe dane.

Szczelina głowy to odległość między głowicą napędu a powierzchnią dysku.

Przekładać- związek między prędkością obrotu dysku a organizacją sektorów na dysku. Zazwyczaj prędkość obrotu dysku przekracza zdolność komputera do odbierania danych z dysku. Zanim kontroler odczyta dane, kolejny sektor szeregowy już minął głowicę. Dlatego dane są zapisywane na dysku przez jeden lub dwa sektory. Za pomocą specjalnego oprogramowania podczas formatowania dysku można zmienić kolejność pasków.

Dysk logiczny- niektóre części powierzchni roboczej dysku twardego, które są uważane za oddzielne dyski.
Niektóre dyski logiczne mogą być używane w innych systemach operacyjnych, takich jak UNIX.

Parking- przemieszczenie głowic napędowych do określonego miejsca i unieruchomienie ich w stanie stacjonarnym nad nieużywanymi częściami dysku, w celu zminimalizowania uszkodzeń w przypadku potrząsania napędem przy uderzeniu głowic o powierzchnię dysku.

Partycjonowanie– operacja podziału dysku twardego na dyski logiczne. Wszystkie dyski są podzielone na partycje, chociaż małe dyski mogą mieć tylko jedną partycję.

Dysk (talerz)- sam metalowy dysk, pokryty materiałem magnetycznym, na którym zapisywane są dane. Dysk twardy zwykle ma więcej niż jeden dysk.

RLL (ograniczona długość przebiegu) Schemat kodowania używany przez niektóre kontrolery w celu zwiększenia liczby sektorów na ścieżce, aby pomieścić więcej danych.

Sektor- podział ścieżek dyskowych, który jest główną jednostką rozmiaru używaną przez napęd. Sektory systemu operacyjnego mają zazwyczaj 512 bajtów.

Czas pozycjonowania (czas wyszukiwania)- czas potrzebny na przemieszczenie głowicy z toru, na którym jest zainstalowana, na inny pożądany tor.

Utwór (Utwór)- koncentryczny podział tarczy. Ślady są jak ślady na płycie. W przeciwieństwie do ścieżek na płycie, które są ciągłą spiralą, ścieżki na płycie są okrągłe. Z kolei tory podzielone są na klastry i sektory.

Czas wyszukiwania od utworu do utworu- czas potrzebny na przejście głowicy napędowej na sąsiedni tor.

Szybkość transmisji- ilość informacji przesyłanych między dyskiem a komputerem w jednostce czasu. Obejmuje również czas wyszukiwania utworu.

Pozdrowienia dla wszystkich czytelników bloga. Wiele osób interesuje pytanie - jak działa dysk twardy komputera. Dlatego postanowiłem poświęcić temu dzisiejszy artykuł.

Dysk twardy komputera (dysk twardy lub dysk twardy) jest potrzebny do przechowywania informacji po wyłączeniu komputera, w przeciwieństwie do pamięci RAM (), która przechowuje informacje do momentu wyłączenia zasilania (do momentu wyłączenia komputera).

Dysk twardy można nazwać prawdziwym dziełem sztuki, tylko inżynierią. Tak Tak dokładnie. W środku wszystko jest tak skomplikowane, że wszystko jest zaaranżowane. W tej chwili dysk twardy jest najpopularniejszym urządzeniem do przechowywania informacji na całym świecie, dorównuje takim urządzeniom jak: pamięć flash (dyski flash), SSD. Wiele osób słyszało o złożoności dysku twardego i zastanawia się, ile informacji jest w nim umieszczonych, dlatego chciałoby wiedzieć, jak jest zorganizowany dysk twardy komputera lub z czego się składa. Dziś będzie taka okazja).

Dysk twardy składa się z pięciu głównych części. A pierwszy z nich - układ scalony, który synchronizuje pracę dysku z komputerem i zarządza wszystkimi procesami.

Druga część to silnik elektryczny(wrzeciono) powoduje, że tarcza obraca się z prędkością około 7200 obr/min, a układ scalony utrzymuje stałą prędkość obrotową.

A teraz trzecia najważniejszą częścią jest rocker, który może zarówno zapisywać, jak i odczytywać informacje. Końcówka wahacza jest zwykle podzielona, dzięki czemu można pracować z kilkoma dyskami jednocześnie. Jednak głowica wahacza nigdy nie styka się z tarczami. Między powierzchnią dysku a głową jest szczelina, wielkość tej szczeliny jest około pięć tysięcy razy mniejsza niż grubość ludzkiego włosa!

Ale zobaczmy, co się stanie, jeśli szczelina zniknie, a głowica wahliwa zetknie się z powierzchnią obracającego się dysku. Wciąż pamiętamy ze szkoły, że F = m * a (moim zdaniem drugie prawo Newtona), z którego wynika, że obiekt o małej masie i ogromnym przyspieszeniu staje się niewiarygodnie ciężki. Biorąc pod uwagę ogromną prędkość obrotową samego dysku, ciężar głowicy wahacza staje się bardzo, bardzo zauważalny. Oczywiście uszkodzenie dysku jest w tym przypadku nieuniknione. Nawiasem mówiąc, tak się stało z dyskiem, w którym ta luka z jakiegoś powodu zniknęła:

Ważna jest również rola siły tarcia, tj. jej prawie całkowity brak, gdy rocker zaczyna czytać informacje, przesuwając do 60 razy na sekundę. Ale czekaj, gdzie jest tu silnik, który napędza wahacz i to nawet z taką prędkością? W rzeczywistości nie jest to widoczne, ponieważ jest to układ elektromagnetyczny, który działa na oddziaływanie 2 sił natury: elektryczności i magnetyzmu. Taka interakcja pozwala rozpędzić wahacz do prędkości światła, w dosłownym tego słowa znaczeniu.

Czwarta część- sam dysk twardy, to z niego zapisuje się i odczytuje informacje, nawiasem mówiąc, może ich być kilka.

Cóż, piąta, ostatnia część projektu dysku twardego to oczywiście przypadek, w którym zainstalowane są wszystkie inne komponenty. Zastosowane materiały są następujące: prawie cały korpus wykonany jest z tworzywa sztucznego, ale górna pokrywa zawsze jest metalowa. Zmontowana obudowa jest często nazywana „strefą przechowania”. Istnieje opinia, że wewnątrz obszaru przechowawczego nie ma powietrza, a raczej, że jest tam próżnia. Ta opinia opiera się na fakcie, że przy tak dużych prędkościach obrotowych dysku nawet drobinka kurzu, która dostanie się do środka, może zrobić wiele złych rzeczy. I to prawie prawda, tyle że tam nie ma próżni - ale jest oczyszczone, osuszone powietrze lub gaz obojętny - np. azot. Chociaż, być może we wcześniejszych wersjach dysków twardych, zamiast oczyszczać powietrze, był po prostu wypompowywany.

Rozmawialiśmy o komponentach, tj. z czego zrobiony jest dysk twardy. Porozmawiajmy teraz o przechowywaniu danych.

Jak iw jakiej formie przechowywane są dane na dysku twardym komputera

Dane są przechowywane w wąskich ścieżkach na powierzchni dysku. Podczas produkcji na płytę nakładanych jest ponad 200 000 takich utworów. Każdy z torów podzielony jest na sektory.

Mapy torów i sektorów pozwalają określić, gdzie pisać lub gdzie czytać informacje. Ponownie, wszystkie informacje o sektorach i ścieżkach znajdują się w pamięci układu scalonego, który w przeciwieństwie do innych elementów dysku twardego nie znajduje się wewnątrz obudowy, ale na zewnątrz i zazwyczaj od dołu.

Sama powierzchnia płyty jest gładka i błyszcząca, ale to tylko na pierwszy rzut oka. Przy bliższej analizie struktura powierzchni okazuje się bardziej złożona. Faktem jest, że dysk jest wykonany ze stopu metalu pokrytego warstwą ferromagnetyczną. Ta warstwa wykonuje całą pracę. Warstwa ferromagnetyczna zapamiętuje wszystkie informacje, jak? Bardzo prosta. Głowica wahliwa magnetyzuje mikroskopijny obszar na folii (warstwę ferromagnetyczną), ustawiając moment magnetyczny takiego ogniwa na jeden ze stanów: 0 lub 1. Każde takie zero i jeden to bity. Tak więc każda informacja zapisana na dysku twardym jest w rzeczywistości pewną sekwencją i pewną liczbą zer i jedynek. Na przykład zdjęcie dobrej jakości zajmuje około 29 milionów tych komórek i jest rozproszone w 12 różnych sektorach. Tak, brzmi to imponująco, ale w rzeczywistości – tak ogromna liczba bitów zajmuje bardzo małą powierzchnię na powierzchni dysku. Każdy centymetr kwadratowy powierzchni dysku twardego zawiera kilkadziesiąt miliardów bitów.

Jak działa dysk twardy

Właśnie zbadaliśmy dysk twardy, każdy z jego elementów z osobna. Teraz proponuję połączyć wszystko w pewien system, dzięki czemu sama zasada działania dysku twardego będzie jasna.

Więc, jak działa dysk twardy następnie: kiedy dysk twardy jest uruchamiany, oznacza to, że albo jest na nim zapisywany, albo odczytywane są z niego informacje, albo z niego, silnik elektryczny (wrzeciono) zaczyna nabierać rozpędu, a ponieważ dyski twarde są naprawione na samym wrzecionie, odpowiednio, razem z nim również zaczynają się obracać. I dopóki prędkość dysku(ów) nie osiągnie poziomu, na którym tworzy się poduszka powietrzna między głowicą wahacza a dyskiem, wahacz znajduje się w specjalnej „strefie parkowania”, aby uniknąć uszkodzenia. Oto jak to wygląda.

Gdy tylko prędkość osiągnie pożądany poziom, serwonapęd (silnik elektromagnetyczny) wprawia w ruch kołyskę, która jest już ustawiona w miejscu, w którym chcesz pisać lub czytać informacje. Po prostu ułatwia to układ scalony, który kontroluje wszystkie ruchy wahacza.

Panuje powszechna opinia, rodzaj mitu, że w czasach, gdy dysk jest „bezczynny”, tj. żadne operacje odczytu / zapisu nie są wykonywane z nim tymczasowo, wewnętrzne dyski twarde przestają się obracać. To naprawdę mit, ponieważ w rzeczywistości dyski twarde wewnątrz obudowy nieustannie się kręcą, nawet gdy dysk twardy jest w trybie oszczędzania energii i nic na nim nie jest zapisywane.

Cóż, tutaj zbadaliśmy z tobą urządzenie dysku twardego komputera we wszystkich szczegółach. Oczywiście w ramach jednego artykułu nie można opowiedzieć o wszystkim, co dotyczy dysków twardych. Na przykład w tym artykule nie było o tym powiedziane - to duży temat, postanowiłem napisać o tym osobny artykuł.

Znalazłem ciekawy film o tym, jak dysk twardy działa w różnych trybach

Dziękuję wszystkim za uwagę, jeśli jeszcze nie zapisaliście się na aktualizacje tej strony - gorąco polecam to zrobić, aby nie przegapić ciekawych i przydatnych materiałów. Do zobaczenia na stronach bloga!

Jeśli weźmiemy pod uwagę dysk twardy jako całość, składa się on z dwóch głównych części: jest to płytka elektroniki, na której, że tak powiem, znajduje się „mózg” dysku twardego. Znajduje się na nim procesor, jest też program sterujący, pamięć o dostępie swobodnym, wzmacniacz zapisu i odczytu. Część mechaniczna obejmuje takie części jak blok głowic magnetycznych ze skrótem BMG, silnik nadający rotację płytom i oczywiście same płyty. Przyjrzyjmy się każdej części bardziej szczegółowo.

HDA.

Hermetyczny blok, zwany również obudową dysku twardego, przeznaczony jest do mocowania wszystkich części, a także pełni funkcję ochrony przed drobinkami kurzu na powierzchni płyt. Należy zauważyć, że HDA można otworzyć tylko w specjalnie do tego przygotowanym pomieszczeniu, aby zapobiec przedostawaniu się kurzu i brudu do wnętrza obudowy.

Układ scalony.

Układ scalony lub płytka elektroniki synchronizuje pracę dysku twardego z komputerem i steruje wszystkimi procesami, w szczególności utrzymuje stałą prędkość obrotową wrzeciona i odpowiednio płyty, którą realizuje silnik.

Silnik elektryczny.

Silnik elektryczny lub silnik obraca płyty: około 7200 obrotów na sekundę (przyjmowana jest wartość średnia, są dyski twarde na których prędkość jest wyższa i dochodzi do 15000 obrotów na sekundę, a są też z mniejszą prędkością około 5400, szybkość dostępu do niezbędnych informacji na dysku twardym).

Biegun.

Rocker jest przeznaczony do zapisywania i odczytywania informacji z talerzy dysku twardego. Koniec bujaka jest podzielony i znajduje się na nim blok głowic magnetycznych, aby móc zapisywać i odczytywać informacje z kilku tabliczek.

Blok głowic magnetycznych.

W skład wahacza wchodzi blok głowic magnetycznych, który dość często zawodzi, ale ten „często” parametr jest bardzo warunkowy. Głowice magnetyczne znajdują się na górze i na dole talerzy i służą do bezpośredniego odczytywania informacji z platyny znajdującej się na dysku twardym.

Talerze.

Informacje są przechowywane bezpośrednio na tabliczkach, są one wykonane z materiałów takich jak aluminium, szkło i ceramika. Najbardziej rozpowszechnione jest aluminium, ale tak zwane „koła elitarne” są wykonane z dwóch pozostałych materiałów. Pierwsze wyprodukowane płyty były powlekane tlenkiem żelaza, ale ten ferromagnes miał dużą wadę. Tarcze pokryte taką substancją miały niewielką odporność na zużycie. Obecnie większość producentów dysków twardych pokrywa płyty chromowo-kobaltem, który ma o rząd wielkości wyższy margines bezpieczeństwa niż tlenek żelaza. Płyty są przymocowane do wrzeciona w tej samej odległości od siebie, taka konstrukcja nazywana jest „pakietem”. Pod tarczami znajduje się silnik lub silnik elektryczny.

Każda strona płyty jest podzielona na tory, te z kolei są podzielone na sektory lub bloki w inny sposób, wszystkie tory o tej samej średnicy są cylindrem.

Wszystkie nowoczesne dyski twarde posiadają tak zwany „cylindr inżynieryjny”, przechowujący informacje serwisowe, takie jak model dysku twardego, numer seryjny itp. Informacje te są przeznaczone do odczytu przez komputer.

Jak działa dysk twardy

Podstawowe zasady działania dysku twardego zmieniły się niewiele od jego powstania. Urządzenie dysku twardego jest bardzo podobne do zwykłego gramofonu. Tylko pod korpusem może znajdować się kilka płytek zamontowanych na wspólnej osi, a głowice mogą odczytywać informacje z obu stron każdej płytki na raz. Prędkość obrotowa płyt jest stała i jest jedną z głównych cech. Głowa porusza się wzdłuż płyty w pewnej stałej odległości od powierzchni. Im mniejsza ta odległość, tym większa dokładność odczytywania informacji i większa gęstość zapisu informacji.

Patrząc na dysk twardy, widzisz tylko solidną metalową obudowę. Jest całkowicie uszczelniony i chroni dysk przed drobinkami kurzu, które, jeśli dostaną się w wąską szczelinę między głowicą a powierzchnią dysku, mogą uszkodzić wrażliwą warstwę magnetyczną i unieruchomić dysk. Dodatkowo obudowa chroni napęd przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Wewnątrz obudowy znajdują się wszystkie mechanizmy i niektóre elementy elektroniczne. Mechanizmami są same dyski, na których przechowywane są informacje, głowice, które zapisują i odczytują informacje z dysków, a także silniki, które wprawiają to wszystko w ruch.

Dysk to okrągła płyta o bardzo płaskiej powierzchni, często wykonana z aluminium, rzadziej z ceramiki lub szkła, pokryta cienką warstwą ferromagnetyczną. Wiele dysków korzysta z warstwy tlenku żelaza (która jest powłoką konwencjonalnej taśmy magnetycznej), ale najnowsze dyski twarde mają warstwę kobaltu o grubości około dziesięciu mikronów. Taka powłoka jest trwalsza, a dodatkowo może znacznie zwiększyć gęstość zapisu. Technologia jego zastosowania jest zbliżona do stosowanej przy produkcji układów scalonych.

Liczba dysków może być różna - od jednego do pięciu, odpowiednio liczba powierzchni roboczych jest dwa razy większa (dwie na każdym dysku). Ten ostatni (podobnie jak materiał użyty do powłoki magnetycznej) decyduje o pojemności dysku twardego. Czasami zewnętrzne powierzchnie najbardziej zewnętrznych dysków (lub jednego z nich) nie są wykorzystywane, co umożliwia zmniejszenie wysokości napędu, ale liczba powierzchni roboczych jest zmniejszona i może okazać się dziwna.

Głowice magnetyczne odczytują i zapisują informacje na dyskach. Zasada nagrywania jest ogólnie podobna do tej stosowanej w konwencjonalnym magnetofonie. Informacja cyfrowa jest przetwarzana na zmienny prąd elektryczny dostarczany do głowicy magnetycznej, a następnie przenoszony na dysk magnetyczny, ale w postaci pola magnetycznego, które dysk może postrzegać i „zapamiętywać”.

Powłoka magnetyczna dysku to zestaw maleńkich obszarów spontanicznego (spontanicznego) namagnesowania. Dla jasności wyobraź sobie, że dysk jest pokryty warstwą bardzo małych strzałek kompasu skierowanych w różnych kierunkach. Takie cząstki strzałek nazywane są domenami. Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego własne pola magnetyczne domen są zorientowane zgodnie z jego kierunkiem. Po zakończeniu działania pola zewnętrznego na powierzchni dysku tworzą się strefy szczątkowego namagnesowania. W ten sposób zachowane są informacje zapisane na dysku. Obszary szczątkowego namagnesowania, gdy dysk obraca się naprzeciw szczeliny głowicy magnetycznej, indukują w nim siłę elektromotoryczną, która zmienia się w zależności od wielkości namagnesowania.

Zestaw talerzy, zamontowany na osi wrzeciona, jest napędzany przez specjalny silnik zwarty pod spodem. W celu skrócenia czasu dojścia napędu do stanu roboczego, silnik po włączeniu pracuje przez pewien czas w trybie wymuszonym. Dlatego zasilacz komputera musi mieć zapas mocy szczytowej. Teraz o pracy głów. Poruszają się za pomocą silnika krokowego i niejako „pływają” w odległości ułamka mikrona od powierzchni dysku, nie dotykając go. W wyniku rejestracji informacji na powierzchni dysków powstają namagnesowane obszary w postaci koncentrycznych okręgów.

Nazywane są torem magnetycznym. Poruszając się, głowy zatrzymują się nad każdym kolejnym utworem. Zestaw torów umieszczonych jeden pod drugim na wszystkich powierzchniach nazywany jest cylindrem. Wszystkie głowice napędowe poruszają się w tym samym czasie, uzyskując dostęp do cylindrów o tej samej nazwie i tych samych numerach.