Kako radi tvrdi disk računala. Uređaj i princip rada tvrdog diska

23.04.2019 Recenzije

Mnogi korisnici su zainteresirani za uređaj tvrdi disk. I ne bez razloga, jer danas je najčešći uređaj za pohranu na računalu HDD. Nadalje, analizirat će se principi njegovog rada i strukture.

Winchester je u biti poput gramofona. Također sadrži ploče i glave za čitanje. Međutim, HDD je složeniji. Ako rastavimo tvrdi disk, vidjet ćemo da su ploče uglavnom metalne i prekrivene magnetskim slojem. Na njemu se bilježe podaci. Ovisno o volumenu tvrdog diska, postoji 4 do 9 ploča. Montiraju se na osovinu koja se naziva "vreteno" i ima velika brzina rotacija od 3600 do 10000 o/min za robu široke potrošnje.

Pored bloka ploča nalazi se blok glave za čitanje. Broj glava određen je brojem magnetskih diskova, odnosno po jedan za svaku površinu diska. Za razliku od hard disk playera, glava ne dodiruje površinu tanjura, već visi nad njom. Time se eliminira mehaničko trošenje. Budući da ploče imaju veliku brzinu vrtnje, a glave moraju biti na iznimno malom konstantnom razmaku iznad njih, vrlo je važno da ništa ne može ući u unutrašnjost kućišta. Uostalom, i najmanja trunka prašine može uzrokovati fizičko oštećenje... Zbog toga se mehanički dio hermetički zatvara kućištem, a elektronički se vadi.

Neke korisnike zanima kako rastaviti tvrdi disk. Mora se shvatiti da analiza radnog pogona uključuje kršenje njegove nepropusnosti. A to će ga, zauzvrat, učiniti neupotrebljivim. Stoga to ne biste trebali činiti ako niste spremni izgubiti sve podatke na mediju za pohranu. Ako nemate hitnu potrebu za otvaranjem pogona, već samo znatiželju o tome od čega se sastoji tvrdi disk, možete vidjeti fotografiju rastavljenog HDD-a.

Zato se tvrdi diskovi na magnetskim diskovima tijekom popravka rastavljaju i sastavljaju u posebnu laminarnu kutiju. U njemu uz pomoć sustava za dovod zraka visoka čistoća a održava se nepropusnost neophodna za takav rad okoliš... Nakon što ste rastavili svoj disk kod kuće, sigurno ćete ga učiniti neupotrebljivim.

Glave za čitanje u mirovanju nalaze se pored sklopa ploča. To se također naziva "pozicija za parkiranje". Posebna naprava vadi glave radni prostor samo kada se disk ubrza do potrebne brzine. Svi se kreću zajedno, a ne svaki zasebno. To vam omogućuje da imate brz pristup na sve podatke.

Elektronička ploča ili kontroler obično je pričvršćena na donji dio tvrdog diska. Nije zaštićena ničim, a od toga je prilično ranjiva na mehanička i toplinska oštećenja. Ona je ta koja kontrolira mehaniku. Winchester se od prijenosnog računala od standardnog 3,5 inča razlikuje samo po veličini. Načelo naporno raditi disk je potpuno isti. Mogu se razlikovati samo po broju magnetskih palačinki i kapacitetu skladištenja.

Kako možete ući u trag uređaju tvrdi disk podložan udaru, udaru, ogrebotinama, značajnim promjenama temperature i naponskim udarima. I to ga čini ne sasvim pouzdanim nositeljem informacija. Zbog toga se tvrdi disk na prijenosnom računalu pokvari češće nego na stacionarnom računalu. Nakon svega prijenosni uređaji stalno se tresu, ponekad ispuštaju, iznose na hladno ili stavljaju na sunce. A to, zauzvrat, negativno utječe na tvrdi disk.

Za produženje roka Rad HDD-a, nemojte ga izlagati padovima ili udarcima, pobrinite se da postoji odgovarajuća ventilacija kućišta, obavljajte bilo kakve manipulacije s diskom samo kada je napajanje isključeno. Ovi nedostaci doveli su do pojave nove vrste SSD tvrdih diskova. Postupno istiskuju HDD-ove koji su nekada izgledali kao sjajni mediji.

Logički uređaj

Naučili smo kako tvrdi disk izgleda iznutra. Sada ćemo analizirati njegovu logičku strukturu. Podaci se zapisuju na tvrdi disk računala u stazama koje su podijeljene u određene sektore. Svaki sektor je veličine 512 bajtova. Uzastopni sektori se kombiniraju u klaster.

Kada instalirate novi HDD, morate ga formatirati, inače računalo jednostavno neće vidjeti slobodno mjesto na pogonu. Formatiranje može biti fizičko i logično. Prvi uključuje particioniranje diska na sektore. Neki od njih se mogu definirati kao "loši", odnosno neupotrebljivi za snimanje podataka. U većini slučajeva, pogon je već formatiran na ovaj način prije prodaje.

Logičko oblikovanje uključuje stvaranje logičke particije na vašem tvrdom disku. To omogućuje značajno pojednostavljenje i optimizaciju rada s informacijama. Ispod logičke particije (ili, kako je oni zovu, " logički pogon») Dodijeljeno je određeno područje pogona. S njim možete raditi kao s zasebnim tvrdim diskom. Da biste razumjeli kako tvrdi disk radi sa svojim particijama, dovoljno je vizualno podijeliti tvrdi disk na 2-4 dijela ovisno o broju logičkih volumena. Za svaki volumen možete primijeniti vlastiti sustav oblikovanja: FAT32, NTFS ili exFAT.

Tehnički detalji

HDD-ovi se međusobno razlikuju po sljedećim podacima:

volumen;
brzina vrtnje vretena;
sučelje.

Do danas je prosječni volumen tvrdog diska 500-1000 GB. Određuje količinu informacija koju možete napisati na medij. Brzina vretena će odrediti koliko brzo možete pristupiti podacima, odnosno čitati i pisati informacije. Najčešće sučelje je SATA, koje je zamijenilo zastarjeli i spori IDE. One se međusobno razlikuju propusnost i vrstu konektora za spajanje na matičnu ploču. Imajte na umu da moderan disk prijenosnog računala može imati samo SATA ili SATA2 sučelje.

Ovaj članak je ispitao kako tvrdi disk radi, njegova načela rada, tehničke podatke i logičku strukturu.

Upute

Dizajn tvrdog diska sastoji se od bloka metalnih diskova s posebnim premazom koji može zapamtiti i pohraniti udar magnetsko polje. Moderni dizajni sastoje se od 1-3 diska, koji su savršeno izbalansirani i imaju savršeno ravnu površinu, jer je brzina vrtnje dovoljno velika i doseže od 7200 do 10000 o/min, a točnost pozicioniranja glava mora biti visoka.

Za pisanje i čitanje informacija na disku koriste se posebne magnetske glave. Najčešće, dva po disku - s obje strane. Kada su izložene strujnim impulsima, glave formiraju magnetsko polje i magnetiziraju dio diska s magnetskim momentom zadanog smjera (logička "jedan" ili logička "nula"). Proces snimanja se provodi primjenom strujnog impulsa u potrebno vrijeme, magnetska glava je postavljena na pravo mjesto. Prilikom čitanja informacija s diska, glave reagiraju na promjene magnetskog polja kroz pobuđivanje struje u njima. Ova vrsta analognog signala se čita i pretvara u digitalni. U ovom obliku prenosi se u računalni sustav.

Informacije na magnetskom disku postavljaju se i pohranjuju na tragovima, u obliku koncentriranih krugova. Sve magnetske glave tvrdog diska su jedno zajednički blok... U isto vrijeme prelazite s jedne pjesme na drugu. Jedna glava služi jednoj strani diska. To jest, glave su na istoj stazi na različitim diskovima u bilo kojem trenutku. Dakle, ovaj skup tragova tvori cilindar. V U posljednje vrijeme za kretanje magnetske glave koristi se solenoidni pogon. Kreću se oko svoje osi. Zavojnica fiksirana sa stražnja strana glave, pomiče ih po površini diska pomoću elektromagneta. Kontakt glava s diskom nije dopušten, u trenutku isključenja iz napajanja odvode se s površine na stranu.

Svaka staza diska podijeljena je na sektore - najmanje elemente prostor na disku s volumenom pohrane informacija od 512 bajtova. Ukupni kapacitet memorije tvrdog diska može se odrediti umnoškom broja glava, cilindara i sektora. Također je vrijedno uzeti u obzir da se tijekom proizvodnje diskova formiraju neispravni sektori i staze. Ovaj se proces ne može izbjeći. Ova područja se ne uzimaju u obzir tijekom rada. Glavna stvar je da sam disk ima potreban ukupni volumen.

Logički položaj glava, cilindara i sektora obično se razlikuje od fizičkog i naznačen je na poklopcu tvrdog diska. Parametri se zapisuju na tvrdi disk Program za postavljanje, a zatim računalo radi s logičnim slomom. Za usklađivanje fizičkih i logičkih vrijednosti uređaja koristi se poseban postupak - prijevod parametara diska. Ovaj blok se nalazi na samom tvrdom disku i pretvara logičke koridore u fizičke, što omogućuje pristup željenom dijelu fizičkog diska.

Kada se računalo pokrene, skup firmvera napisan u BIOS čipu provjerava hardver. Ako je sve u redu, prenosi kontrolu na učitavač operativnog sustava. Zatim se OS učita i počnete koristiti računalo. U isto vrijeme - gdje je prije uključivanja bilo pohranjeno računalo operacijski sustav? Kako je vaš esej, koji ste napisali cijelu noć, ostao netaknut nakon što ste isključili računalo? Opet, gdje je pohranjena?

Dobro, vjerojatno sam previše savijen i svi savršeno dobro znate da su računalni podaci pohranjeni na tvrdom disku. Ipak, ne znaju svi što je to i kako funkcionira, a budući da ste ovdje, zaključujemo da bismo željeli znati. Pa, idemo to shvatiti!

Što je tvrdi disk

Tradicionalno, pogledajmo definicija tvrdog disk na Wikipediji:

HDD (vijak, tvrdi disk, pogon uključen tvrdi magnet diskovi, HDD, HDD, HMDD) - uređaj za pohranu nasumični pristup temelji se na principu magnetskog snimanja.

Koriste se u velikoj većini računala, kao i zasebno povezani uređaji za pohranu sigurnosnih kopija podataka, kao npr. pohrana datoteka itd.

Hajdemo malo shvatiti. Sviđa mi se izraz " tvrdi disk ". Ovih pet riječi prenose cijeli smisao. HDD - uređaj čija je svrha Dugo vrijeme pohraniti podatke zabilježene na njemu. HDD se temelji na tvrdim (aluminijskim) diskovima s posebnim premazom na koji se podaci bilježe pomoću posebnih glava.

Neću detaljno razmatrati sam proces snimanja - zapravo, ovo je fizika zadnjih razreda škole i siguran sam da nemate želju ulaziti u to, a članak uopće nije o tome.

Obratite pažnju i na izraz: “ nasumični pristup »Što, grubo rečeno, znači da mi (računalo) možemo čitati informacije s bilo kojeg dijela željeznice u bilo kojem trenutku.

Važno je da HDD memorija nije nepostojan, odnosno nije važno je li struja priključena ili ne, podaci zabilježeni na uređaju neće nigdje nestati. Ovaj bitna razlika trajna memorija računala, od privremene ().

Gledajući tvrdi disk računala u stvarnom životu, nećete vidjeti nikakve diskove ili glave, jer je sve to skriveno u zatvorenom kućištu (hermetička zona). Izvana, tvrdi disk izgleda ovako:

Zašto je računalu potreban tvrdi disk

Pogledajmo što je HDD u računalu, odnosno kakvu ulogu ima u PC-u. Jasno je da pohranjuje podatke, ali kako i što. Ovdje ističemo sljedeće funkcije tvrdog diska:

Pohrana OS, korisničkog softvera i njihovih postavki;
Pohrana korisničkih datoteka: glazbe, videa, slika, dokumenata itd.
Korištenje dijela prostora na tvrdom disku za pohranu podataka koji ne staju u RAM (swap datoteka) ili pohranu sadržaja RAM memorija dok koristite način mirovanja;

Kao što vidite, tvrdi disk računala nije samo smetlište fotografija, glazbe i videa. Na njemu je pohranjen cijeli operativni sustav, a osim toga, tvrdi disk pomaže nositi se s opterećenjem RAM-a, preuzimajući neke od njegovih funkcija.

Od čega se sastoji tvrdi disk?

Djelomično smo spomenuli kompozitne tvrde diskove, sada ćemo se s tim pozabaviti detaljnije. Dakle, glavne komponente HDD-a:

Okvir - štiti mehanizme tvrdog diska od prašine i vlage. U pravilu je zapečaćen tako da sama vlaga i prašina ne uđu unutra;
Diskovi (palačinke) - ploče izrađene od određene legure metala, obostrano presvučene, na kojima se bilježe podaci. Broj ploča može biti različit - od jedne (in proračunske opcije), do nekoliko;
Motor - na čijem su vretenu učvršćene palačinke;
Blok glave - konstrukcija međusobno povezanih poluga (klackalica) i glava. Dio pogona tvrdog diska koji na njega čita i zapisuje informacije. Za jednu palačinku koristi se par glava, budući da i gornja i Donji dio ima radnika;
Uređaj za pozicioniranje (aktuator ) - mehanizam koji pokreće blok glava. Sastoji se od para trajnih neodimijskih magneta i zavojnice smještene na kraju bloka glave;
Kontrolor - elektronički mikro krug voditelj rada HDD;
Parkiralište - mjesto unutar tvrdog diska pored diskova ili na njihovom unutarnjem dijelu, gdje se glave spuštaju (parkiraju) za vrijeme mirovanja, kako se ne bi oštetila radna površina palačinki.

Takav je jednostavan uređaj tvrdog diska. Nastala je prije mnogo godina, a već duže vrijeme na njoj nisu napravljene nikakve temeljne promjene. I idemo dalje.

Kako radi tvrdi disk

Nakon što se HDD dovede do napajanja, motor, na čijem su vretenu pričvršćene palačinke, počinje se vrtjeti. Nakon što pokupe brzinu kojom se stvara konstantan protok zraka na površini diskova, glave se počinju kretati.

Ovaj slijed (prvo se diskovi okreću, a zatim glave počnu raditi) je neophodan kako bi glave plutale preko ploča zbog nastalog strujanja zraka. Da, nikada ne dodiruju površinu diskova, inače bi se diskovi trenutno oštetili. Međutim, udaljenost od površine magnetskih ploča do glava je toliko mala (~ 10 nm) da se ne može vidjeti golim okom.

Nakon pokretanja, prije svega, dolazi do čitanja servisne informacije O stanje teškog disk i drugi potrebne informacije o njemu, koji su na takozvanom nultom tragu. Tek tada počinje rad s podacima.

Informacije na tvrdom disku računala bilježe se na stazama, koji su, pak, podijeljeni u sektore (vrsta pizze izrezane na komade). Za pisanje datoteka, nekoliko sektora se kombinira u klaster, što je najmanje mjesto gdje se datoteka može napisati.

Uz ovo "horizontalno" particioniranje diska, postoji i uvjetno "vertikalno". Budući da su sve glave kombinirane, uvijek su postavljene iznad istog broja zapisa, svaka preko svog diska. Dakle, tijekom rada HDD-a, čini se da glave crtaju cilindar:

Dok HDD radi, on u biti izvodi dvije naredbe: čitanje i pisanje. Kada je potrebno izvršiti naredbu pisanja, izračunava se područje na disku gdje će se izvršiti, zatim se postavljaju glave i, zapravo, naredba se izvršava. Zatim se provjerava rezultat. Osim upisivanja podataka izravno na disk, informacije idu i u njegovu predmemoriju.

Ako kontroler primi naredbu za čitanje, prva stvar koju treba provjeriti je prisutnost potrebnih informacija u predmemoriji. Ako ga nema, ponovno se izračunaju koordinate za pozicioniranje glava, zatim se glave pozicioniraju i očitaju se podaci.

Nakon završetka rada, kada nestane napajanje tvrdog diska, glave se automatski parkiraju u zoni parkiranja.

Ovako u opći nacrt a tvrdi disk računala radi. U stvarnosti je sve puno kompliciranije, ali obični korisnik najvjerojatnije takvi detalji nisu potrebni, pa ćemo završiti s ovim odjeljkom i krenuti dalje.

Vrste tvrdih diskova i njihovi proizvođači

Danas na tržištu postoje zapravo tri glavna proizvođača tvrdi diskovi: zapadni digital(WD), Toshiba, Seagate. U potpunosti pokrivaju potražnju za uređajima svih vrsta i zahtjeva. Ostale tvrtke su ili otišle u stečaj, ili ih je preuzela jedna od tri glavne, ili su reprofilirane.

Ako govorite o vrste HDD-a, mogu se podijeliti ovako:

Za prijenosna računala - glavni parametar je veličina uređaja od 2,5 inča. To im omogućuje da budu kompaktno smješteni u kućištu prijenosnog računala;
Za PC - u ovom slučaju također je moguće koristiti 2,5 "tvrde diskove, ali se u pravilu koriste 3,5";
Vanjski tvrdi diskovi su uređaji koji su odvojeno povezani s računalom / prijenosnim računalom, a najčešće služe kao pohrana datoteka.

Postoji i posebna vrsta tvrdih diskova za poslužitelje. Oni su identični konvencionalnim računalima, ali se mogu razlikovati po povezivanju i većoj izvedbi.

Sve ostale podjele HDD-a na vrste proizlaze iz njihovih karakteristika, pa ćemo ih razmotriti.

Specifikacije tvrdog diska

Dakle, glavni karakteristike tvrdog disk računala:

Volumen - pokazatelj najveće moguće količine podataka koja se može pohraniti na disk. Prva stvar koju treba obratiti pozornost pri odabiru HDD-a. Ova brojka može doseći 10 TB, iako se za kućno računalo češće bira 500 GB - 1 TB;
Faktor oblika Je veličina tvrdog diska. Najčešći su 3,5 i 2,5 inča. Kao što je gore spomenuto, 2,5 ″ u većini slučajeva se instaliraju u prijenosna računala. Također se koriste u vanjski HDD... 3.5 ″ je instaliran na PC-u i na poslužitelju. Faktor oblika također utječe na volumen, budući da veći disk može primiti više podataka;
Brzina vretena - koliko brzo se palačinke okreću. Najčešći su 4200, 5400, 7200 i 10000 o/min. Ova karakteristika izravno utječe na performanse, kao i na cijenu uređaja. Što je veća brzina, to su obje vrijednosti veće;
Sučelje - metoda (vrsta konektora) HDD veza na računalo. Najpopularnije sučelje za interne tvrde diskove danas je SATA (starija računala koriste IDE). Vanjski tvrdi diskovi se obično povezuju putem USB-a ili FireWire-a. Osim navedenih, postoje i sučelja kao što su SCSI, SAS;
Veličina pufera (cache memorija) - vrsta brzo pamćenje(po vrsti RAM-a) instaliran na kontroleru tvrdog diska, namijenjen za privremeno pohranjivanje podataka kojima se najčešće pristupa. Veličina međuspremnika može biti 16, 32 ili 64 MB;
Vrijeme slučajnog pristupa - vrijeme za koje je zajamčeno da će HDD pisati ili čitati s bilo kojeg dijela diska. Ona varira od 3 do 15 ms;

Uz gore navedene karakteristike, možete pronaći i takve pokazatelje kao što su.

Kako moderni tvrdi disk (HDD) izgleda iznutra? Kako ga rastaviti? Kako se zovu dijelovi i koje funkcije obavljaju u općem mehanizmu za pohranu informacija? Odgovore na ova i druga pitanja možete pronaći ovdje u nastavku. Osim toga, prikazat ćemo odnos između terminologije na ruskom i engleskom jeziku koja opisuje komponente tvrdih diskova.

Radi jasnoće, pogledajmo 3,5-inčni SATA disk. Ovo će biti potpuno novi terabajtni Seagate ST31000333AS. Pogledajmo našeg zamorca.

Zelena ploča pričvršćena vijcima s otkrivenim tragovima, napajanjem i SATA priključcima naziva se tiskana ploča (PCB). Obavlja funkcije elektroničko upravljanje rad tvrdog diska. Njegov se rad može usporediti s stavljanjem digitalnih podataka u magnetske ispise i ponovnim prepoznavanjem na zahtjev. Primjerice, kao vrijedni pisar s tekstovima na papiru. Crno aluminijsko kućište i njegov sadržaj nazivaju se sklop glave i diska (HDA). Među stručnjacima, uobičajeno je zvati je "bankom". Sama kutija bez sadržaja naziva se i HDA (baza).

Sada uklonite PCB (potreban vam je odvijač T-6 zvjezdica) i pregledajte komponente postavljene na njega.

Prvo što vam upada u oči je veliki čip koji se nalazi u sredini – System On Chip (SOC). Može se podijeliti u dvije glavne komponente:

Središnji procesor koji izvodi sve izračune (Central Processor Unit, CPU). Procesor ima IO portove za kontrolu ostalih komponenti koje se nalaze na isprintana matična ploča, te prijenos podataka putem SATA sučelja.
Kanal za čitanje / pisanje - uređaj koji pretvara dolazne iz glave analogni signal u digitalne podatke tijekom operacije čitanja i kodiranje digitalnih podataka u analogni signal kada se zapisuju. Također prati položaj glava. Drugim riječima, stvara magnetske slike prilikom pisanja i prepoznaje ih prilikom čitanja.

Memorijski čip je običan DDR SDRAM memorija... Količina memorije određuje veličinu predmemorije tvrdog diska. Ovaj PCB sadrži 32 MB Samsung DDR memorije, što teoretski daje disku 32 MB predmemorije (a to je upravo iznos dat u tehničke karakteristike ah tvrdi disk), ali to nije sasvim točno. Poanta je da je memorija logično podijeljena na međuspremnu memoriju (cache) i memoriju firmvera. Procesoru je potrebno malo memorije za učitavanje modula firmvera. Koliko je poznato, samo proizvođač HGST navodi stvarnu veličinu predmemorije u listu sa specifikacijama; što se tiče ostalih diskova, stvarna veličina predmemorije može se nagađati. U ATA specifikaciji, prevoditelji nisu proširili ograničenje postavljeno u ranim verzijama jednako 16 megabajta. Stoga programi ne mogu prikazati više od maksimalne glasnoće.

Sljedeći čip je kontroler za upravljanje motorom vretena i glasovnom zavojnicom, koji pomiče glavnu jedinicu (Voice Coil Motor and Spindle Motor controller, VCM & SM kontroler). U žargonu specijalista, to je "okret". Osim toga, ovaj čip upravlja sekundarnim izvorima napajanja smještenim na ploči, iz kojih se napajaju procesor i mikrokrug pretpojačala (predpojačala) koji se nalazi u HDA. Glavni je potrošač PCB energije. Kontrolira rotaciju vretena i kretanje glave. Također, kada je napajanje isključeno, prebacuje motor za zaustavljanje u način generiranja i opskrbljuje primljenu energiju glasovnoj zavojnici za nesmetano parkiranje magnetskih glava. Jezgra VCM kontrolera može raditi čak i na temperaturama do 100 °C.

Dio kontrolnog programa (firmware) diska pohranjen je u flash memoriju (označena na slici: Flash). Kada se napajanje uključi na disk, mikrokontroler prvo učitava mali boot-ROM unutar sebe, a zatim ponovno upisuje sadržaj flash čipa u memoriju i počinje izvršavati kod iz RAM-a. Bez učitanog točnog koda, pogon neće ni htjeti pokrenuti motor. Ako na ploči nema flash čipa, onda je ugrađen u mikrokontroler. Na moderni diskovi(negdje od 2004. i novije, ali iznimka je teška Samsung pogoni i one su sa naljepnicama od Seagatea) flash memorija sadrži tablice s kodovima postavki mehanike i glava koje su jedinstvene za ovaj HDA i ne odgovaraju drugom. Stoga, operacija "baciti kontroler" uvijek završava ili činjenicom da disk "nije detektiran u BIOS-u", ili je određena tvorničkim internim imenom, ali još uvijek ne daje pristup podacima. Za pogon Seagate 7200.11 koji se razmatra, gubitak izvornog sadržaja flash memorije dovodi do potpunog gubitka pristupa informacijama, jer neće biti moguće odabrati ili pogoditi postavke (u svakom slučaju, autor ne zna takva tehnika).

Na youtube kanalu R.Lab postoji nekoliko primjera zamjene ploča s ponovnim lemljenjem mikrosklopa s neispravne ploče na ispravnu:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX PCB zamjena
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ PCB zamjena

Senzor udara reagira na udar opasan za disk i šalje signal VCM kontroleru. VCM će odmah parkirati glave i može zaustaviti okretanje diska. U teoriji bi takav mehanizam trebao štititi disk od dodatnih oštećenja, ali u praksi ne radi, pa nemojte ispuštati diskove. Čak i ako padne, motor vretena se može zaglaviti, ali o tome kasnije. Na nekim diskovima senzor vibracija ima povećana osjetljivost odgovarajući na najmanji mehaničke vibracije... Podaci dobiveni od senzora omogućuju VCM kontroleru da ispravi pomicanje glava. Na takvim diskovima, osim glavnog, ugrađena su i dva dodatna senzora vibracija. Na našoj ploči dodatni senzori nisu zalemljeni, ali ima mjesta za njih - na slici su označeni kao "Vibracijski senzor".

Na ploči je još jedan zaštitni uređaj- supresija prolaznog napona (TVS). Štiti ploču od napona. U slučaju strujnog udara, TVS izgara, stvarajući kratki spoj do zemlje. Na ovoj ploči su instalirana dva TVS-a, za 5 i 12 volti.

Elektronika za starije pogone bila je manje integrirana i svaka funkcija bila je podijeljena na jedan ili više čipova.

Pogledajmo sada HDA.

Kontakti motora i glava nalaze se ispod ploče. Osim toga, na kućištu diska postoji mala, gotovo neprimjetna rupa (otvor za dah). Služi za izjednačavanje pritiska. Mnogi ljudi misle da postoji vakuum unutar tvrdog diska. Zapravo, to nije tako. Zrak je potreban za aerodinamičko uzlijetanje glava iznad površine. Ova rupa omogućuje disku da izjednači tlak unutar i izvan zaštitnog područja. S unutarnje strane, ova rupa je prekrivena filterom (filtar za dah) koji zadržava čestice prašine i vlage.

Pogledajmo sada unutar prostora za zadržavanje. Skinite poklopac diska.

Sam poklopac nije ništa zanimljivo. To je samo čelična ploča s gumenom brtvom koja štiti od prašine. Konačno, razmislite o popunjavanju prostora za zadržavanje.

Informacije se pohranjuju na diskove, koji se nazivaju i "palačinke", magnetske površine ili tanjuri. Podaci se bilježe s obje strane. Ali ponekad glava nije ugrađena s jedne strane, ili je glava fizički prisutna, ali je tvornički onemogućena. Na fotografiji možete vidjeti gornju ploču koja odgovara glavi s najvećim brojem. Ploče su izrađene od poliranog aluminija ili stakla i obložene su s nekoliko slojeva različitih sastava, uključujući i feromagnetsku tvar, na kojoj su podaci zapravo pohranjeni. Između ploča, kao i iznad gornje, vidimo posebne umetke zvane amortizeri ili separatori. Potrebni su za izjednačavanje protoka zraka i smanjenje akustične buke. Obično su izrađeni od aluminija ili plastike. Aluminijski razdjelnici bolje se nose s hlađenjem zraka unutar zaštitnog prostora. Ispod je primjer modela strujanja zraka unutar HDA.

Pogled sa strane na tanjure i kaveze.

Glave za čitanje i upisivanje (glave) instalirane su na krajevima nosača jedinice magnetske glave ili BMG (Head Stack Assembly, HSA). Zona parkiranja je područje u kojem se trebaju nalaziti glave zdravog diska ako je vreteno zaustavljeno. Na ovom disku, zona parkiranja se nalazi bliže vretenu, što se vidi na fotografiji.

Na nekim pogonima parkiranje se obavlja na posebnim plastičnim parkirnim površinama koje se nalaze izvan ploča.

Parkirno mjesto za Western Digital 3,5" pogon

Ako su glave parkirane unutar ploča, potreban je poseban alat za uklanjanje bloka magnetske glave, bez njega je vrlo teško ukloniti BMG bez oštećenja. Za vanjsko parkiranje možete umetnuti plastične cijevi odgovarajuće veličine između glava i ukloniti blok. Iako postoje i izvlakači za ovaj slučaj, ali su jednostavnijeg dizajna.

Tvrdi disk je precizan mehanizam za pozicioniranje i za to normalan rad potreban je vrlo čist zrak. Tijekom uporabe unutar tvrdog diska mogu se stvoriti mikroskopske čestice metala i masnoće. Unutar diska nalazi se filtar za recirkulaciju koji odmah čisti zrak. Riječ je o visokotehnološkom uređaju koji neprestano skuplja i hvata najsitnije čestice. Filter je na putu strujanja zraka stvorenih rotacijom ploča

Sada maknimo gornji magnet i vidimo što se ispod njega krije.

V tvrdi diskovi koriste se vrlo snažni neodimijski magneti. Ovi magneti su toliko snažni da mogu podići 1300 puta veću težinu. Stoga nemojte stavljati prst između magneta i metala ili drugog magneta – udar će biti vrlo osjetljiv. Ova fotografija prikazuje BMG ograničenja. Njihov zadatak je ograničiti kretanje glava, ostavljajući ih na površini ploča. BMG limiteri različitih modela raspoređeni su na različite načine, ali uvijek su dva, koriste se na svim modernim tvrdim diskovima. Na našem pogonu, drugi graničnik se nalazi na donjem magnetu.

Evo što tamo možete vidjeti.

Crni plastični dio složen oblik nazvan zasun aktuatora. Ima ga dvije vrste: magnetski i zračni ( zračna brava). Magnetic radi kao jednostavan magnetski zasun. Oslobađanje se provodi primjenom električnog impulsa. Zračni zasun oslobađa BMG nakon što motor vretena dosegne dovoljan broj okretaja u minuti da tlak zraka gurne zasun s puta glasovne zavojnice. Zasun štiti glave od izlijetanja iz glava radno područje... Ako se iz nekog razloga zasun nije uspio nositi sa svojom funkcijom (disk je ispao ili udaren kada je uključen), tada će se glave zalijepiti za površinu. Za 3,5” diskove, naknadno uključivanje zbog više snage motor će jednostavno otkinuti glave. Ali 2,5 "snaga motora je manja i šanse za oporavak podataka, oslobađanje urođeničkih glava" iz zatočeništva, prilično su visoke.

Sada skinimo sklop magnetske glave.

Preciznost i glatko kretanje BMG-a podržano je preciznim ležajem. Najveći dio BMG-a, izrađen od aluminijske legure, obično se naziva ruka ili klackalica. Na kraju klackalice nalaze se glave na opružnom ovjesu (Heads Gimbal Assembly, HGA). Obično se same glave i klackalice isporučuju različitih proizvođača... Fleksibilni kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) ide na kontakt jastučić spojen na upravljačku ploču.

Razmotrimo komponente BMG-a detaljnije.

Zavojnica spojena na kabel.

Ležaj.

Sljedeća fotografija prikazuje kontakte BMG-a.

Brtva osigurava nepropusnost spoja. Dakle, zrak može ući u sklop disk/glava samo kroz otvor za izjednačavanje tlaka. Ovaj disk ima tanak sloj pozlaćenih kontakata kako bi se spriječila oksidacija. Ali na strani elektroničke ploče često se događa oksidacija, što dovodi do kvara HDD-a. Možete ukloniti oksidaciju s kontakata gumicom.

Ovo je klasičan dizajn klackalice.

Mali crni komadići na krajevima opružnih vješalica nazivaju se klizači. Mnogi izvori ukazuju da su klizači i glave jedno te isto. Zapravo, klizač pomaže čitati i pisati informacije podižući glavu iznad površine magnetskih diskova. Na modernim tvrdim diskovima glave se pomiču na udaljenosti od 5-10 nanometara od površine. Za usporedbu, ljudska kosa je promjera oko 25.000 nanometara. Ako neka čestica uđe ispod klizača, to može dovesti do pregrijavanja glava uslijed trenja i njihovog kvara, zbog čega je čistoća zraka unutar prostora za zadržavanje toliko važna. Prašina također može uzrokovati ogrebotine. Oni tvore nove čestice prašine, ali već magnetske, koje prianjaju magnetski disk i uzrokovati nove ogrebotine. To dovodi do činjenice da je disk brzo prekriven ogrebotinama ili u žargonu "rez". U tom stanju, ni tanki magnetski sloj ni magnetske glave više ne rade, a tvrdi disk kuca (klik smrti).

Elementi za čitanje i pisanje same glave nalaze se na kraju klizača. Toliko su male da se mogu vidjeti samo dobrim mikroskopom. Ispod je primjer fotografije (desno) kroz mikroskop i shematski prikaz (lijevo) međusobno raspoloženje elementi glave za pisanje i čitanje.

Pogledajmo pobliže površinu klizača.

Kao što vidite, površina klizača nije ravna, ima aerodinamičke utore. Pomažu u stabilizaciji visine leta klizača. Zrak ispod klizača tvori zračni jastuk (Air Bearing Surface, ABS). Zračni jastuk drži let klizača gotovo paralelnim s površinom palačinke.

Evo još jedne slike klizača.

Ovdje su jasno vidljivi kontakti glava.

Ovo je još jedan važan dio BMG-a o kojem se još nije raspravljalo. Zove se pretpojačalo (prepojačalo). Pretpojačalo je čip koji kontrolira glave i pojačava signal koji dolazi do ili iz njih.

Pretpojačalo se postavlja izravno u BMG iz vrlo jednostavnog razloga - signal koji dolazi iz glava je vrlo slab. Na modernim pogonima ima frekvenciju preko 1 GHz. Ako premjestite pretpojačalo izvan zatvorenog područja, npr slab signal snažno će oslabiti na putu do upravljačke ploče. Nemoguće je instalirati pojačalo izravno na glavu, jer se tijekom rada značajno zagrijava, što ne mogući rad poluvodičko pojačalo, pojačala s vakuumskim cijevima tako malih dimenzija još nisu izmišljena.

Dosta o glavama, idemo dalje rastavljati disk. Skinite gornji separator.

Ovako to izgleda.

Na sljedećoj fotografiji možete vidjeti spremnik s uklonjenim gornjim razdjelnikom i sklopom glave.

Donji magnet je postao vidljiv.

Sada se tanjuri stezaju.

Ovaj prsten drži blok ploča zajedno, sprječavajući njihovo pomicanje jedna u odnosu na drugu.

Palačinke se nanižu na vreteno (glavinu vretena).

Sada kada ništa ne drži palačinke, uklonite gornju palačinku. To je ono što je ispod.

Sada je jasno zašto se stvara prostor za glave - između palačinki su razmaknice. Fotografija prikazuje drugu palačinku i drugi separator.

Odstojni prsten je precizan komad izrađen od nemagnetske legure ili polimera. skinimo to.

Izvucite sve ostalo s diska da pregledamo dno HDA.

Ovako izgleda rupa za izjednačavanje tlaka. Nalazi se neposredno ispod filtera za zrak. Pogledajmo pobliže filter.

Budući da zrak koji ulazi izvana nužno sadrži prašinu, filter ima nekoliko slojeva. Mnogo je deblji od cirkulacijskog filtera. Ponekad sadrži čestice silika gela za borbu protiv vlažnosti zraka. Međutim, ako se tvrdi disk stavi u vodu, on će se uvući kroz filter! A to uopće ne znači da će voda koja uđe unutra biti čista. Soli kristaliziraju na magnetskim površinama, a umjesto ploča je predviđen brusni papir.

Malo više detalja o motoru vretena. Njegova konstrukcija je shematski prikazana na slici.

Trajni magnet pričvršćen je na unutarnju stranu glavčine vretena. Namoti statora promjenom magnetskog polja uzrokuju rotaciju rotora.

Motori su dvije vrste, s kugličnim ležajevima i s hidrodinamičkim (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Prije više od 10 godina kugle se više nisu koristile. To je zbog činjenice da imaju visok ritam. U hidrodinamičkom ležaju otpuštanje je puno manje i puno je tiše. Ali postoji i par nedostataka. Prvo, može se zaglaviti. Takav se fenomen nije dogodio s loptastim. Ako su kuglični ležajevi pokvarili, počeli su proizvoditi jaku buku, ali informacija se čitala, iako polako. Sada, u slučaju klina ležaja, potrebno je ukloniti sve diskove posebnim alatom i ugraditi ih na servisni motor vretena. Operacija je vrlo složena i rijetko rezultira uspješan oporavak podaci. Klin može nastati zbog nagle promjene položaja zbog velike vrijednosti Coriolisove sile koja djeluje na os i dovodi do njezina savijanja. Na primjer, postoje vanjski 3,5-inčni pogoni u kutiji. Kutija je stajala okomito, dodirnula je, pala vodoravno. Čini se da nije letjelo daleko ?! Ali ne - klin motora, a informacije više nisu dostupne.

Drugo, od hidrodinamički ležaj mast može iscuriti (tamo je tekuća, ima je dosta, za razliku od maziva-gela koji koriste kuglični) i dospjeti na magnetske ploče. Kako bi se spriječilo prodiranje masti na magnetske površine, koristi se mast s česticama koje imaju magnetska svojstva i magnetske zamke. Oko mjesta mogućeg curenja također se koristi apsorpcijski prsten. Pregrijavanje diska doprinosi curenju, stoga je važno pratiti temperaturni režim eksploatacije.

Pojašnjenje odnosa između terminologije na ruskom i engleskom jeziku proveo je Leonid Vorzhev.

Ažuriranje 2018, Sergej Jacenko

Ponovno tiskanje ili citiranje dopušteno je pod uvjetom da je sačuvana poveznica na izvornik.

Svrha ovog članka je opisati strukturu modernog tvrdog diska, ispričati o njegovim glavnim komponentama, pokazati kako izgledaju i kako se zovu. Osim toga, prikazat ćemo odnos između terminologije na ruskom i engleskom jeziku koja opisuje komponente tvrdih diskova.

Radi jasnoće, pogledajmo 3,5-inčni SATA disk. Ovo će biti potpuno novi terabajtni Seagate ST31000333AS. Pogledajmo našeg zamorca.

Zelena PCB s bakrenim stazama, priključcima za napajanje i SATA priključcima naziva se elektronička ploča ili upravljačka ploča (printed Circuit Board, PCB). Služi za kontrolu rada tvrdog diska. Crno aluminijsko kućište i njegov sadržaj nazivaju se sklopom glave i diska (HDA), koji stručnjaci nazivaju i "jarkom". Sama kutija bez sadržaja naziva se i HDA (baza).

Sada uklonimo PCB i ispitajmo komponente postavljene na njega.

Prvo što vam upada u oči je veliki čip koji se nalazi u sredini - mikrokontroler, odnosno procesor (Micro Controller Unit, MCU). Na modernim tvrdim diskovima mikrokontroler se sastoji od dva dijela - samog središnjeg procesora (Central Processor Unit, CPU) koji obavlja sve izračune i kanala za čitanje/pisanje, posebnog uređaja koji pretvara analogni signal koji dolazi iz glave u digitalni podaci tijekom operacije čitanja i kodira digitalne podatke u analogni signal kada se zapisuju. Procesor ima IO portove za kontrolu ostalih komponenti PCB-a i prijenos podataka preko SATA sučelja.

Memorijski čip je obična DDR SDRAM memorija. Veličina memorije određuje veličinu predmemorije tvrdog diska. Ovaj PCB ima 32 MB Samsung DDR memorije, što teoretski daje disku 32 MB predmemorije (a to je upravo količina navedena u specifikacijama tvrdog diska), ali to nije sasvim točno. Poanta je da je memorija logično podijeljena na međuspremnu memoriju (cache) i memoriju firmvera. Procesoru je potrebno malo memorije za učitavanje modula firmvera. Koliko znamo, samo Hitachi / IBM navode stvarnu veličinu predmemorije u specifikaciji; što se tiče ostatka diskova, veličina cachea može se nagađati.

Sljedeći čip je kontroler motora glasovne zavojnice (VCM kontroler). Osim toga, ovaj čip upravlja sekundarnim izvorima napajanja smještenim na ploči, iz kojih se napajaju procesor i mikrokrug pretpojačala (predpojačala) koji se nalazi u HDA. Glavni je potrošač PCB energije. Kontrolira rotaciju vretena i kretanje glave. Jezgra VCM kontrolera može raditi čak i na temperaturama do 100 °C.

Neki od firmvera pogona pohranjeni su u flash memoriji. Kada se napajanje uključi na disk, mikrokontroler učitava sadržaj flash čipa u memoriju i počinje izvršavati kod. Bez ispravno učitanog koda, disk se neće htjeti niti pokrenuti. Ako na ploči nema flash čipa, onda je ugrađen u mikrokontroler.

Senzor vibracija (senzor udara) reagira na udar, koji je opasan za disk, i šalje signal o tome VCM kontroleru. VCM će odmah parkirati glave i može zaustaviti okretanje diska. U teoriji bi takav mehanizam trebao štititi disk od dodatnih oštećenja, ali u praksi ne radi, pa nemojte ispuštati diskove. Na nekim diskovima senzor vibracije ima povećanu osjetljivost, reagirajući i na najmanju vibraciju. Podaci dobiveni od senzora omogućuju VCM kontroleru da ispravi pomicanje glava. Na takvim diskovima su ugrađena najmanje dva senzora vibracija.

Na ploči se nalazi još jedan zaštitni uređaj - supresija prijelaznog napona (TVS). Štiti ploču od napona. U slučaju strujnog udara, TVS će izgorjeti, stvarajući kratki spoj na masu. Na ovoj ploči su instalirana dva TVS-a, za 5 i 12 volti.

Pogledajmo sada HDA.

Kontakti motora i glava nalaze se ispod ploče. Osim toga, na kućištu diska postoji mala, gotovo neprimjetna rupa (otvor za dah). Služi za izjednačavanje pritiska. Mnogi ljudi misle da postoji vakuum unutar tvrdog diska. Zapravo, to nije tako. Ova rupa omogućuje disku da izjednači tlak unutar i izvan zaštitnog područja. S unutarnje strane, ova rupa je prekrivena filterom (filtar za dah) koji zadržava čestice prašine i vlage.

Pogledajmo sada unutar prostora za zadržavanje. Skinite poklopac diska.

Sam poklopac nije ništa zanimljivo. To je samo komad metala s gumenom brtvom koja štiti od prašine. Konačno, razmislite o popunjavanju prostora za zadržavanje.

Dragocjene informacije pohranjene su na metalnim diskovima, koje se nazivaju i palačinke ili pladnjevi. Na fotografiji možete vidjeti gornju palačinku. Ploče su izrađene od poliranog aluminija ili stakla i obložene su s nekoliko slojeva različitih sastava, uključujući i feromagnetsku tvar, na kojoj su podaci zapravo pohranjeni. Između palačinki, kao i iznad njihovog vrha, vidimo posebne ploče koje se nazivaju razdjelnici ili separatori (prigušivači ili separatori). Potrebni su za izjednačavanje protoka zraka i smanjenje akustične buke. Obično su izrađeni od aluminija ili plastike. Aluminijski razdjelnici bolje se nose s hlađenjem zraka unutar zaštitnog prostora.

Pogled sa strane na palačinke i separatore.

Na nekim pogonima parkiranje se obavlja na posebnim plastičnim parkirnim površinama koje se nalaze izvan ploča.

Tvrdi disk je precizan mehanizam za pozicioniranje i za pravilno funkcioniranje zahtijeva vrlo čist zrak. Tijekom uporabe unutar tvrdog diska mogu se stvoriti mikroskopske čestice metala i masnoće. Unutar diska nalazi se filtar za recirkulaciju koji odmah čisti zrak. Riječ je o visokotehnološkom uređaju koji neprestano skuplja i hvata najsitnije čestice. Filter je na putu strujanja zraka stvorenih rotacijom ploča.

Sada maknimo gornji magnet i vidimo što se ispod njega krije.

Tvrdi diskovi koriste vrlo snažne neodimijske magnete. Ovi magneti su toliko snažni da mogu podići 1300 puta veću težinu. Stoga nemojte stavljati prst između magneta i metala ili drugog magneta – udar će biti vrlo osjetljiv. Ova fotografija prikazuje BMG ograničenja. Njihov zadatak je ograničiti kretanje glava, ostavljajući ih na površini ploča. BMG limiteri različitih modela raspoređeni su na različite načine, ali uvijek su dva, koriste se na svim modernim tvrdim diskovima. Na našem pogonu, drugi graničnik nalazi se na donjem magnetu.

Evo što tamo možete vidjeti.

Ovdje također vidimo glasovnu zavojnicu, koja je dio jedinice magnetske glave. Zavojnica i magneti tvore pogon motora glasovne zavojnice (VCM). Pogon i sklop glave čine aktuator - uređaj koji pomiče glave. Crni plastični komad složenog oblika naziva se zasun aktuatora. Ovo je zaštitni mehanizam koji oslobađa BMG nakon što motor vretena postigne određenu brzinu. To se događa zbog pritiska. protok zraka... Zasun štiti glave od neželjenih pokreta u položaju za parkiranje.

Sada skinimo sklop magnetske glave.

Preciznost i glatko kretanje BMG-a podržano je preciznim ležajem. Najveći dio BMG-a, izrađen od aluminijske legure, obično se naziva ruka ili klackalica. Na kraju klackalice nalaze se glave na opružnom ovjesu (Heads Gimbal Assembly, HGA). Obično same glave i klackalice isporučuju različiti proizvođači. Fleksibilni kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) ide do podloge koja se spaja s kontrolnom pločom.

Razmotrimo komponente BMG-a detaljnije.

Zavojnica spojena na kabel.

Ležaj.

Sljedeća fotografija prikazuje kontakte BMG-a.

Brtva osigurava nepropusnost spoja. Dakle, zrak može ući u sklop disk/glava samo kroz otvor za izjednačavanje tlaka. Ovaj disk ima tanak sloj pozlaćenih kontakata za poboljšanje vodljivosti.

Ovo je klasičan dizajn klackalice.

Mali crni komadići na krajevima opružnih vješalica nazivaju se klizači. Mnogi izvori ukazuju da su klizači i glave jedno te isto. Zapravo, klizač pomaže čitati i pisati informacije podižući glavu iznad površine palačinki. Na modernim tvrdim diskovima glave se kreću na udaljenosti od 5-10 nanometara od površine palačinki. Za usporedbu, ljudska kosa je promjera oko 25.000 nanometara. Ako neka čestica uđe ispod klizača, to može dovesti do pregrijavanja glava uslijed trenja i njihovog kvara, zbog čega je čistoća zraka unutar prostora za zadržavanje toliko važna. Sami elementi za čitanje i pisanje nalaze se na kraju klizača. Toliko su male da se mogu vidjeti samo dobrim mikroskopom.

Evo još jedne slike klizača.

Ovdje su jasno vidljivi kontakti glava.

Ovo je još jedan važan dio BMG-a o kojem se još nije raspravljalo. Zove se pretpojačalo (prepojačalo). Pretpojačalo je čip koji kontrolira glave i pojačava signal koji dolazi do ili iz njih.

Pretpojačalo se postavlja izravno u BMG iz vrlo jednostavnog razloga - signal koji dolazi iz glava je vrlo slab. Na modernim diskovima ima frekvenciju od oko 1 GHz. Ako premjestite pretpojačalo izvan zaštitnog prostora, tako slab signal bit će jako oslabljen na putu do upravljačke ploče.

Više staza vodi od pretpojačala do glava (desno) nego do prostora za zadržavanje (lijevo). Činjenica je da tvrdi disk ne može istovremeno raditi s više od jedne glave (par elemenata za pisanje i čitanje). Tvrdi disk šalje signale pretpojačalu, a ono odabire glavu kojoj tvrdi disk trenutno pristupa. Ovaj tvrdi disk ima šest staza koje vode do svake glave. Zašto toliko? Jedna staza je tlo, još dvije su za elemente za čitanje i pisanje. Sljedeće dvije staze služe za upravljanje mini aktuatorima, posebnim piezoelektričnim ili magnetskim uređajima koji mogu pomicati ili rotirati klizač. To pomaže boljem pozicioniranju glava iznad staze. Posljednji put vodi do grijača. Grijač služi za podešavanje visine leta glava. Grijač prenosi toplinu na ovjes koji povezuje klizač i klackalicu. Ovjes je izrađen od dvije legure sa različite karakteristike toplinsko širenje. Kada se zagrije, ovjes se savija prema površini palačinke, čime se smanjuje visina leta glave. Kada se ohladi, suspenzija se izravnava.

Dosta o glavama, idemo dalje rastavljati disk. Skinite gornji separator.

Ovako to izgleda.