Ploče tvrdog diska. Stroj za brušenje tvrdog diska

Zašto se zove čvrsta? Uzmite običnu disketu od 3 inča. Ako otvorite kućište (preporučljivo je to učiniti na oštećenoj disketi koja ne sadrži važne informacije:), onda ćete vidjeti da je sam disk napravljen od savitljivog materijala. Možda se još netko sjeća da su svojevremeno bile u upotrebi diskete od 5 i 8 inča. Tijelo im je napravljeno od lomljivog savitljivog materijala, za razliku od disketa od 3 inča, gdje je tijelo izrađeno od plastike. Odatle dolazi naziv - "floppy disk". Tvrdi disk, kao što možda pretpostavljate, izrađen je potpuno drugačijom tehnologijom. Njegova osnova je aluminij. Keramika ili staklo koriste se rjeđe, ali diskovi temeljeni na ovom materijalu su prilično skupi i namijenjeni su za upotrebu u skupim modelima tvrdih diskova.

U prvim tvrdim modelima kao magnetski premaz korišten je materijal na bazi željeznog oksida. Sada proizvođači koriste krom oksid, koji ima veću otpornost na habanje.

Sastoji se od tvrdi disk od dva glavna bloka. Prva je mehanička jedinica koja uključuje same diskove, rotacijski motor, blok magnetskih glava i pogon za pomicanje glava. Ovaj je blok zapečaćen i čak se iz znatiželje ne preporučuje proučavanje njegove strukture na tvrdom disku koji radi :) Inače ćete izgubiti ne samo podatke, već i sam uređaj. Drugi blok je blok elektronike. To je ploča s lemljenim elementima. Na ploči se nalaze RAM čipovi (radna memorija tvrdog diska), ROM s upravljačkim programom, DSP (digitalni signal procesor) za obradu signala i glavni upravljački procesor.

Po mom mišljenju, sam izraz "tvrdi disk" pomalo je pogrešan naziv. Danas ovom pojmu odgovaraju samo tvrdi diskovi s najmanjim proizvodnim opsegom. Činjenica je da tvrdi diskovi velikog kapaciteta koriste nekoliko ploča spojenih u jedan blok. Primjer: Quantum Fireball 4.3Gb LT - koristi jedan disk, dok isti model, ali kapaciteta 8.4Gb, već ima dva diska. Zato u ovom modelu nikada nećete pronaći kapacitet od 5.1 ili 3.2Gb. Iz toga slijedi da što je veći tvrdi disk, to je veći broj diskova koji se tamo koriste.

Zapravo sve izgleda ovako. Zamislite vreteno na kojem su diskovi montirani na jednakoj udaljenosti jedan od drugog. Sa svake strane diska nalaze se magnetske glave koje čitaju i upisuju podatke (informacije se zapisuju na obje strane diska). Glave su postavljene na posebne držače i kreću se između središta i ruba diska. Tijekom rada, glave, zbog svog dizajna, "lebde" iznad površine diska. Kada brzina rotacije padne ispod normalne ili se napajanje isključi, procesor tvrdog diska ih pomiče bliže vretenu, u takozvanu "parkirnu zonu", gdje glave počivaju na površini diska. U ovoj zoni nema podataka. Prethodno parkiranje je potrebno kako bi se očuvale glave i površina diskova, inače ako glava dođe u kontakt s površinom diska pri takvoj brzini dolazi do oštećenja radne površine diska i same glave.

Tijekom rada tvrdog diska, brzina vrtnje vretena je vrlo velika (u modernim modelima je 5400, 7200 i 10000 okretaja u minuti), a udaljenost između površine diska i glave kreće se od nekoliko mikrona do nekoliko frakcija mikrona. Zbog toga je blok diska hermetički zatvoren. Ako prašina dospije između glave i diska, može doći do kvara u radu i najvjerojatnije do kvara tvrdog diska.

Logička struktura tvrdog diska je sljedeća. Svaki disk je podijeljen na sektore i staze. Mislim da nema potrebe objašnjavati što je sektor - zapamtite barem geometriju :) A staze su koncentrične kružnice duž kojih se nalaze informacije. Staze s istim brojevima na obje strane diska i kroz cijelo pakiranje diska nazivaju se cilindrom. Ova tri parametra su neophodna za ispravnu instalaciju tvrdog diska u BIOS-u računala. Sada to ne uzrokuje velike poteškoće, budući da svaki moderni BIOS ima funkciju automatskog otkrivanja parametara tvrdog diska.

Na disku se nalazi i takozvani "inženjerski cilindar". Pohranjuje servisne informacije ( serijski broj, model, u nekim modelima dio ROM programa itd.). Prije su se tvrdi diskovi proizvodili "čisti", baš kao i diskete. one. početno formatiranje je odgovornost krajnjeg korisnika. Sada se ova operacija izvodi izravno u fazi proizvodnje. Stoga, ako u BIOS-u ili bilo kojem uslužnom programu pronađete stavku HDD formata niske razine, nemojte je koristiti ni pod kojim okolnostima! Prilikom tvorničkog formatiranja na disk se zapisuju posebne informacije (servo informacije). To su posebne oznake potrebne za traženje sektora, praćenje položaja glava i stabilizaciju brzine rotacije diska. Na modernim tvrdim diskovima ove se oznake primjenjuju između sektora, ali u ranijim modelima za njih je bila namijenjena posebna površina pakiranja diska. Servo informacije temelj su izgleda diska i ako su oštećene, kontroler tvrdog diska ih neće moći sam vratiti!

Čak i na razini moderne tehnologije, svaki novi tvrdi disk sadrži loše blokove. Neispravan blok (ili sektor) ne dopušta čitanje prethodno snimljenih informacija iz njega. Tijekom početnog označavanja, otkriveni neispravni blokovi unose se u posebnu tablicu ponovnog dodjeljivanja. Tada ih kontroler tvrdog diska tijekom rada zamjenjuje rezervnim, koji su posebno ostavljeni za te svrhe.

Rad samog tvrdog diska, općenito gledano, izgleda ovako. Kada se napajanje uključi, procesor tvrdog diska prvo testira elektroniku, a zatim daje naredbu za uključivanje motora vretena. Nakon postizanja kritične brzine rotacije, zrak uvučen u površine diskova uzrokuje da glave "lebde" iznad površine diska. I sve vrijeme dok tvrdi disk radi, glave vise iznad površine na zračnom jastuku.

Kada je brzina rotacije blizu nominalne, glave se uklanjaju iz parkirne zone, a kontroler tvrdog diska traži servo oznake za stabilizaciju brzine rotacije. Zatim se pretražuju razne servisne informacije, na primjer, tablica za ponovno dodjeljivanje neispravnih odjeljaka. Posljednja faza inicijalizacije tvrdog diska je provjera položaja glave. To se provjerava postavljanjem glava na unaprijed određeni niz staza. Ako su svi ovi koraci uspješni, regulator izdaje signal spremnosti i ulazi u normalni način rada.

Nadam se da vam je ovaj članak barem malo pomogao razumjeti što je tvrdi disk. U sljedećem članku govorit ćemo o vrstama sučelja tvrdi diskovi i njihove razlike.

Reference

Za pripremu ovog rada korišteni su materijali sa stranice http://www.nodevice.ru/

Život nas je naučio tražiti izlaze bezizlazne situacije i pronaći najneočekivanije načine korištenja poznatih stvari. Nije iznenađujuće da takve lijepe stvari kao što su zastarjeli (ili više neprikladni za njihovu glavnu primjenu) računalni tvrdi diskovi jednostavno nisu mogli izbjeći pozornost naših majstora. Najrazvijenija je, kako mi se čini, tema korištenja starih "šrafova" za proizvodnju minijaturnih uređaja za mljevenje, koje karakterizira bešumnost, kompaktnost i visoke kvalitete raditi.

U procesu stvaranja sličnog stroja za izvođenje malih radova brušenja i poliranja, naišao sam na nekoliko nijansi i došao do nekoliko ideja koje bi mogle biti korisne onima koji su zainteresirani za takve teme.

Stari tvrdi disk kućnog računala, koji je bio “drugi” u sustavu i služio kao spremište za smeće od datoteka male vrijednosti, jednog se lijepog dana počeo smrzavati. Provjera njegove površine otkrila je pojavu "slomljenih" sektora. Budući da je stigla potpuna zamjena računala, izrečena je oštra presuda oboljelom radniku - uklanjanje iz servisa računala i prebacivanje u proizvodni proletarijat. No, prilikom otvaranja hard diska, skidanja bloka glave i pokušaja pokretanja motora, pokazalo se da časni veteran nije tako star čovjek. Diskovi su se okretali, radili nekoliko sekundi i stali. Ispostavilo se da relativno moderni tvrdi diskovi koriste pametne tehnike uštede energije i, kao rezultat toga, ako nakon pokretanja, nakon nekog vremena, magnetske glave ne pošalju nikakvu "cifru" elektronici pogona, motor dobiva naredbu za zaustavljanje. Trebalo je propalog bubnjara pretvoriti u ropsku radnu snagu u metalne zupčanike.

Ideja o stvaranju brusilice od tvrdog diska dobila je drugi vjetar kada mi je jednog dana, na radio tržištu, za oko zapela jedna doista drevna jedinica. Djed koji je trgovao takvim raritetima tražio je 10 grivni (manje od 2 dolara) za pogon iz kamenog doba. Pregledom i otvaranjem fosila pokazalo se da je to bio 7120 AT MAXTOR od svih njegovih izuzetnih prednosti zanima me:

Rotation RPM (brzina rotacije diska) 3524 rpm
Akustični dBA (buka) 42 decibela
Snaga (potrošnja energije) 10,2 Watt

Naravno, brzina rotacije je daleko od modernih, ali je sasvim dovoljna za brušenje. Treba imati na umu da oštrilice za "odrasle osobe", izrađene na asinkronim motorima, imaju brzinu rotacije do 3000 o / min.

Nakon otvaranja i nepotpunog rastavljanja i ponovnog sastavljanja sadržaja, na površinu diska je zalijepljen brusni papir i izvršen je probni rad jedinice. Za testiranje tvrdog diska koristili smo standardni strujni konektor prethodno spomenutog starog kućnog računala. Kao što se može vidjeti iz tragova koje su testni komadi drva ostavili na brusnoj površini (slika desno), eksperiment je bio uspješan. Tvrdi disk, bez glavne jedinice i magnetskog sustava (na slici lijevo, u poklopcu uređaja), startao je stabilno i vrtio se neograničeno vrijeme.

Gornji poklopac tvrdog diska imao je karakterističnu izbočinu koja je pratila konturu diska skrivenog ispod, pa je odlučeno da se u toj izbočini izreže “prozor” na način da se otvori što veći segment diska. , ostavljajući ostatak površine diska skriven unutar uređaja radi sigurnosti i lakšeg korištenja. Aluminijska legura od koje je izrađen poklopac lako je i slobodno piljena, ali nakon završetka operacije pokazalo se da je ostao značajan razmak između diska i kućišta tvrdog diska. To nije sasvim dobro zbog mogućnosti da slučajno ispušteni obradak padne unutar kućišta.

Kako bi se uklonio višak razmaka, duž konture diska postavljen je list tankog kartona omotan plastičnom folijom. Zbog svoje elastičnosti kartonska ploča se sama ukliještila u okomitom položaju. Henkelov epoksilin uliven je u rezultirajuću šupljinu. Pokazalo se da pokretljivost mase nije dovoljna za gravitacijsko popunjavanje šupljina, pa je bilo potrebno blago preoblikovati masu do prestanka slijeganja. U ovom obliku, tvrdi disk je ostavljen na miru propisanih 40 minuta dok se plastika nije dovoljno čvrsto stvrdnula

Nakon što se plastika stvrdnula, višak je uklonjen, poklopac je stavljen na tijelo i na sličan način, koristeći "hladno zavarivanje" - Epoxylin, pažljivo su oblikovane kosine prozorskog otvora. Sve je kao u industrijskoj proizvodnji metalno-plastičnih prozora. Kao što možete vidjeti na fotografiji, konačni razmak između diska i okvira iznosio je djelić milimetra. Probni rad stroja pokazao je da se disk vrti tiho, stabilno, bez izobličenja ili trljanja. "Polica" dobivena od poklopca tvrdog diska pokazala se vrlo prikladnom za postavljanje ruke majstora i omogućuje vrlo precizno i ​​pouzdano pozicioniranje obratka u odnosu na ravninu brušenja

Ovo je rezultat testnog brušenja drvenog štapa prikazanog na prethodnoj fotografiji. U procesu "oštrenja" ovog dijela bilo je moguće odabrati optimalnu silu pritiska dijela na površinu diska, pri kojoj se brušenje odvija učinkovito, a brzina rotacije diska ne pada ispod određene kritične vrijednosti , ispod kojeg motor može jednostavno "zastati" i morat će se ponovno pokrenuti

Snaga pogona bila je dovoljna za oštrenje i ravnanje metalnih alata. Na fotografiji: Čeljusti minijaturne pincete dovedene su u stanje igle

Jasna demonstracija sposobnosti. Održana je obična utakmica sa svježe naoštrenom pincetom. Kvaliteta mljevenja je izvrsna. Zanimljivo je da se tijekom obrade šibica nije upalila!

Radi lakšeg korištenja i usklađenosti sa standardima osnovne točnosti, brusilica je dorađena: kućište tvrdog diska montirano je standardnim vijcima na ploču od pleksiglasa (polimetil metakrilat), na čiju su donju površinu pričvršćena 4 komada kože. iz stare torbe bile su zalijepljene. Kabel za napajanje napravljen je od komada žice i blokova za napajanje koji se u računalu koriste za ožičenje uređaja DC 5 i 12 volti.

Primjer gotovih proizvoda. Napravljen uz maksimalno korištenje prednosti brusilice za tvrdi disk

Tehnički podaci Winchester brusilice
Pogon: 7120 AT MAXTOR.
Nazivna snaga: 10W
Brzina vretena: 3524 o/min
Dimenzije stroja: 170x105x30 mm

CD

Dakle, općenito možete zamisliti strukturu CD diska

Polikarbonatni disk, kako se doznaje, dodatno je presvučen posebnim lakom koji štiti od pluća mehanička oštećenja vanjska površina diska.

Sloj laka označen je crvenom bojom, a ispod njega “počinje” polikarbonat

Pod snopom elektronskog mikroskopa, sloj zaštitnog laka se ne osjeća baš dobro

Drugo, na polikarbonatu, u doslovnom smislu riječi, ispisuju se informacije iz matrice - bilo da se radi o filmu, glazbi ili programima. Kako nam Wiki kaže, polikarbonatna baza je debljine 1,2 mm i teži samo 15-20 grama.

Naravno, polikarbonat i lak su prozirni za lasersko zračenje, tako da se "ispisana" informacija mora učiniti "vidljivom" za laser, za što je površina presvučena tankim slojem aluminija (sloj B). Vrijedno je napomenuti da CD-ROM s "ispisanim" informacijama, CD-R i CD-RW imaju manje razlike. U posljednja dva slučaja između polikarbonata i aluminija dodaje se međusloj koji pod utjecajem laserskog zračenja određene valne duljine može promijeniti svoja svojstva te se na polikarbonat ispisuju prazne staze. To mogu biti ili boje u slučaju CD-R-a (nešto slično fotootpornom) ili metalne legure u slučaju CD-RW-a. Zato se ne preporuča izlaganje diskova za višekratno snimanje izravnom sunčevom svjetlu i pregrijavanju, što također može uzrokovati promjene optičkih svojstava.

Usporedimo disk i aluminijski sloj otkinut s njega. Vidi se da na polikarbonatu postoje "utori" (jame), a na sloju aluminija, naprotiv, postoje uzvišenja koja u potpunosti odgovaraju utorima:

Poznata udubljenja na površini polikarbonata (AFM slika)

Na zaštitnom aluminijskom sloju vidljive su "suprotne" rupe: ne utori, već izbočine (AFM slika)

Zatim se dobivena "pita" prekriva posebnom zaštitni sloj C, čija je glavna odgovornost zaštita "nježnog" aluminijskog reflektirajućeg sloja. Zatim možete zalijepiti nešto na ovaj sloj, pisati markerom, primijeniti posebne dodatne slojeve za ispis itd. itd.

Ovaj video prikazuje sve tehnološke faze proizvodnje CD-a:

Snimka na CD-u slična je snimci na vinilnoj ploči, tj. Informacijski put ide spiralno. Počinje u središtu diska i završava na vanjskom rubu. Ali točno u sredini diska, prazne sekcije i staze sa snimljenim informacijama su "spojene":

Bilo je snimka, ali nije bilo. Usporedba praznih staza i staza sa snimljenim informacijama (SEM mikrografije)

Nema temeljnih razlika na mikro razini između CD-a i DVD-a i, vjerojatno, Blu-Raya. Osim ako će pitas biti manje veličine. U našem slučaju dimenzije 1 minimalne udubine su 330 nm širine i 680 nm duljine, dok je razmak između staza ~930 nm.

N.B. Ako imate izgreban CD koji se ne može čitati ni u jednom pogonu, pokušajte ga ispolirati. Za ovo će poslužiti gotovo svaki prozirni lak. Popunit će udubljenja koja ometaju čitanje informacija, a vi ćete barem moći kopirati podatke s diska.

Kako se čudno ponekad savija sloj aluminija (praktično umjetničko djelo - crno-bijelo):

Crno-bijele pruge našeg života. CD (SEM mikrograf)

I na kraju još par slika CD-a dobivenih optičkim mikroskopom:

Optička mikroskopija: lijevo - reflektirajući sloj aluminija, desno - Al sloj (svjetlije područje) na polikarbonatnom disku (tamnije područje)

HDD

Same ploče izrađene su od nemagnetskih metalnih legura. Osnova ovih legura su aluminij i magnezij, kao najlakši konstrukcijski materijali. Zatim se na njih nanosi tanak, opet prema Wikiju, 10-20 nm sloj magnetskog materijala - ovdje bi možda odgovarala riječ nanokristalni - koji se zatim prekriva malim slojem ugljika radi zaštite. Budući da je disk NoName, a izrađen je drevnom tehnologijom paralelnog snimanja informacija, dopustit ću si ovdje navesti sastav materijala prema EDX podacima (rendgenska mikroanaliza): Co – 1,1 atomski %, Y – 1,53 at. %, Cr – 2,38 at. %, Ni – 45,81 at. %. Sadržaj ugljika 36,54%. Odnekud su došli Si i P, čiji je sadržaj 0,46 at. % i 12,25 at. %, odnosno. Podrijetlo silicija - očito je ostalo u tragovima na površini nakon rada mikrotoma i mog poliranja, a fosfor - jednostavno je obojio uzorak.
Iskreno, pokušao sam pronaći sloj magnetskog materijala debljine “10-20 nm”, ali bezuspješno. Na temelju onoga što sam vidio, površinski sloj je debeo otprilike 12 mikrometara:

Taj vrlo "tanki" sloj koji pohranjuje informacije u našem tvrdi diskovi

Naravno, možete me ispraviti u komentarima, ali:
1. disk je prilično star (tj. datum njegove proizvodnje datira s početka prošlog desetljeća);
2. karakteristike EDX-a su takve da se dubina izlaza signala kreće od 1 do 10 mikrona;
Dakle, čini mi se da je ovih 12 mikrometara magnetski sloj, koji je na vrhu prekriven tankim slojem ugljika (50-100 nm), koji se možda neće vidjeti u presjeku.

Sama površina diska je vrlo, vrlo glatka, visinska razlika je unutar 10 nm, što je usporedivo s površinskom hrapavošću monokristalnog silicija. A ovdje su slike u modu faznog kontrasta, koje odgovaraju raspodjeli magnetskih domena na površini, tj. zapravo vidimo pojedinačne bitove informacija:

AFM slike površine tvrdi disk. Desno su slike faznog kontrasta.

Malo o faznom kontrastu: prvo igla AFM mikroskopa "opipa" reljef, zatim, poznavajući reljef i ponavljajući njegov oblik, igla napravi drugi prolaz na udaljenosti od 100 nm od uzorka kako bi "prigušila" djelovanje van der Waalsovih sila i “istakni” djelovanje magnetskih silnica jakost Možete pogledati flash pogon o tome kako se to događa.

Usput, jeste li primijetili da su pojedine magnetske domene proširene duž ravnine diska i paralelne su s njom?! Dopustite mi da kažem nekoliko riječi o metodama snimanja. Na u trenutku diskovi s okomitim načinom snimanja informacija (tj. oni kod kojih su magnetske domene usmjerene okomito na ravninu diska), koji su se pojavili 2005. godine, gotovo su u potpunosti zamijenili diskove s paralelnim zapisom. Prednost okomitog snimanja je očita - gustoća snimanja je veća, ali postoji jedna suptilna točka u vezi s Wikijevim podacima o debljini magnetskog sloja. Ta se nijansa naziva superparamagnetska granica. one. Postoji određena kritična veličina čestica, nakon čega feromagnet već na sobnoj temperaturi prelazi u paramagnetsko stanje. one. Ima dovoljno toplinske energije za rotaciju i preusmjeravanje tako malog magneta. U slučaju magnetskog snimanja, oni često rade sljedeće: jednu veličinu “magneta” naprave većom od druge dvije (to se jasno vidi na slici s distribucijom magnetskih domena), zatim u tom većem smjeru magnetska trenutak je sačuvan. Dakle, ako u slučaju paralelnog snimanja još mogu vjerovati da je magnetski sloj desetke nanometara s veličinom 1 bita nekoliko mikrometara, onda u slučaju okomitog snimanja to jednostavno ne može biti. Debljina takvog magnetiziranog područja, s minimalnim dimenzijama u ravnini diska, jednostavno mora biti barem nekoliko mikrometara. Dakle, možda Vicky malo vara. Ili primijene magnet u obliku nanočestica promjera 10-20 nm, a tek onda na neki "lukav" način dijele disk na područja koja su odgovorna za pohranu informacija. Nažalost, nisam u potpunosti zadovoljio svoju znatiželju i odgovorio na pitanja o magnetskom zapisu informacija, možda netko može pomoći?!

Usporedba paralelnih i okomitih metoda snimanja informacija na tvrdim diskovima

Možda će se nekome svidjeti video na engleskom od Seagate-a:

Najnovije o tome kako se cijena 1 Mb promijenila od 1995 HDD pogon i koliko je diskova izdano:

Kao što sam obećao, objavljujem video o tome kako je snimanje izvedeno pomoću različitih uređaja (ne zaboravite pročitati opis videa na YouTubeu i ostaviti svoje komentare). Za statistiku: snimanje je trajalo 4 dana (iako se sve moglo napraviti u 2), trajanje spota koji je montiran je oko 3 sata, a rezultat je video od 15 minuta. Nadam se da će uskoro biti engleskih titlova za ovaj video.

P.S.: Ovaj je članak objavljen uoči Festivala znanosti, koji će se održati u Moskvi od 7. do 9. listopada 2011. (doista slobodan pristup bit će samo 8. i 9. listopada), te bih želio pozvati sve da posjete našu izložbu. “Ljepota materijala”, koja će se održati na drugom katu Fundamentalne knjižnice na području Moskovskog državnog sveučilišta.

P.P.S.: Zajedno s Antonom Voitsekhovskyjem pripremamo nekoliko video zapisa o tome kako neki biološki objekti funkcioniraju (ruža, na primjer, izgleda jednostavno prekrasno). Mislim da se neće pojaviti na Habréu (morate priznati, teško je mikrofotografiju britve ili glave šibice povezati s IT-om), ali čim videi budu spremni, odmah će se pojaviti na mom kanalu na youtubeu i rutube, i svakako na web stranici Nanometer.ru.

Otvaranjem Nvidia 8600M GT čipa, ovdje je dan detaljniji članak:

Tvrdi disk ili HDD (tvrdi (magnetski) Pogon diska, HDD, HMDD), tvrdi disk, hard disk, kolokvijalno “šraf”, hard, tvrdi disk je uređaj za pohranjivanje informacija koji se temelji na principu magnetskog zapisa. To je glavni uređaj za pohranu podataka u većini računala.

Za razliku od “floppy” diska (floppy diska), podaci u pogonu tvrdog diska se bilježe na tvrdim (aluminijskim ili keramičkim) pločama presvučenim slojem feromagnetskog materijala, najčešće krom dioksida. HDD-ovi koriste od jedne do nekoliko ploča na jednoj osi. U načinu rada, glave za čitanje ne dodiruju površinu ploča zbog sloja ulaznog protoka zraka koji se formira blizu površine tijekom brze rotacije. Udaljenost između glave i diska je nekoliko nanometara (in moderni pogoni oko 10 nm), a nepostojanje mehaničkog kontakta osigurava dug radni vijek uređaja. Kada se diskovi ne okreću, glave se nalaze na vretenu ili izvan diska u sigurnom području, gdje je isključen njihov abnormalni kontakt s površinom diskova.

Načelo naporno raditi disk

Tvrdi disk je jedan od najnaprednijih i najsloženijih uređaja modernog doba osobno računalo. Njegovi diskovi mogu pohraniti mnogo megabajta informacija koje se prenose ogromnom brzinom. Dok gotovo svi elementi računala rade tiho, tvrdi disk gunđa i škripi, što ga svrstava u red onih rijetkih računalni uređaji, koji sadrže mehaničke i elektroničke komponente.

Osnovni principi rada tvrdog diska malo su se promijenili od njegovog početka. Uređaj tvrdog diska vrlo je sličan običnom gramofonu. Samo ispod tijela može se nalaziti nekoliko ploča postavljenih na zajedničku os, a glave mogu čitati informacije s obje strane svake ploče odjednom. Brzina rotacije ploča (za neke modele doseže 15 000 okretaja u minuti) je konstantna i jedna je od glavnih karakteristika. Glava se pomiče duž ploče na određenoj fiksnoj udaljenosti od površine. Što je ta udaljenost manja, veća je točnost očitavanja informacija i veća može biti gustoća zapisa informacija. Kad pogledate tvrdi disk, vidjet ćete samo izdržljiv metalno kućište. Potpuno je zabrtvljen i štiti disk od čestica prašine koje, ako dospiju u uski procjep između glave i površine diska, mogu oštetiti osjetljivi magnetski sloj i oštetiti disk. Osim toga, kućište štiti pogon od elektromagnetskih smetnji. Unutar kućišta su svi mehanizmi i neke elektroničke komponente. Mehanizmi su sami diskovi na kojima su pohranjene informacije, glave koje pišu i čitaju informacije s diskova te motori koji sve to pokreću. Disk je okrugla ploča vrlo glatke površine, obično izrađena od aluminija, rjeđe od keramike ili stakla, presvučena tankim feromagnetskim slojem. Diskovi su napravljeni. Mnogi pogoni koriste sloj željeznog oksida (koji oblaže običnu magnetsku traku), ali najnoviji modeli tvrdi diskovi rade sa slojem kobalta debljine desetak mikrona. Ovaj premaz je izdržljiviji i, osim toga, omogućuje značajno povećanje gustoće snimanja. Tehnologija njegove primjene bliska je onoj koja se koristi u proizvodnji integriranih sklopova.

Broj diskova može biti različit - od jednog do pet, broj radnih površina je dvostruko veći (dvije na svakom disku). Potonji (kao i materijal korišten za magnetski premaz) određuje kapacitet tvrdog diska. Ponekad se vanjske površine vanjskih diskova (ili jedan od njih) ne koriste, što omogućuje smanjenje visine pogona, ali u isto vrijeme smanjuje se broj radnih površina i može ispasti neparan.

Magnetske glave čitaju i zapisuju informacije na diskove. Princip snimanja općenito je sličan onom koji se koristi u konvencionalnim magnetofonima. Digitalne informacije se pretvaraju u varijable električna struja, koji dolazi do magnetske glave, a zatim se prenosi na magnetski disk, ali u obliku magnetskog polja, koje disk može percipirati i "zapamtiti". Magnetska prevlaka diska sastoji se od mnogo sićušnih područja spontane magnetizacije. Za ilustraciju, zamislite da je disk prekriven slojem vrlo malih strelica kompasa koje pokazuju u različitim smjerovima. Takve čestice strelica nazivaju se domene. Pod utjecajem vanjskog magnetskog polja vlastita magnetska polja domena su usmjerena u skladu s njegovim smjerom. Nakon prestanka vanjskog polja na površini diska stvaraju se zone zaostale magnetizacije. Na taj način se spremaju podaci snimljeni na disku. Područja zaostale magnetizacije, kada se disk okreće suprotno od raspora magnetske glave, u njemu induciraju elektromotornu silu, koja varira ovisno o veličini magnetizacije. Paket diskova, postavljen na os vretena, pokreće poseban motor kompaktno smješten ispod njega. Brzina rotacije diskova je obično 7200 okretaja u minuti. Kako bi se smanjilo vrijeme potrebno da pogon postane operativan, motor neko vrijeme radi u forsiranom načinu rada kada je uključen. Stoga napajanje računala mora imati rezervu vršne snage. Sada o radu glava. Kreću se uz pomoć preciznog koračnog motora i čini se da "lebde" na udaljenosti od djelića mikrona od površine diska, a da je ne dodiruju. Kao rezultat snimanja informacija, na površini diskova nastaju magnetizirana područja u obliku koncentričnih krugova. Zovu se magnetske staze. Krećući se, glave se zaustavljaju nad svakom sljedećom stazom. Skup tragova koji se nalaze jedan ispod drugog na svim površinama naziva se cilindar. Sve glave pogona pokreću se istovremeno, pristupajući istoimenim cilindrima s istim brojevima.

Uređaj

Tvrdi disk sastoji se od hermetičke zone i elektroničke jedinice.

Hermozon

Hermetička zona uključuje kućište izrađeno od izdržljive legure, diskove (ploče) s magnetskim premazom, blok glave s uređajem za pozicioniranje i električni pogon vretena.

Blok glave je paket poluga od opružnog čelika (par za svaki disk). Na jednom su kraju pričvršćeni za os blizu ruba diska. Glave su pričvršćene na druge krajeve (iznad diskova).

Diskovi (ploče), u pravilu, izrađeni su od metalne legure. Iako je bilo pokušaja da se naprave od plastike, pa čak i stakla, pokazalo se da su takve ploče krhke i kratkotrajne. Obje ravnine ploča, poput magnetske trake, prekrivene su najfinijom feromagnetskom prašinom - oksidima željeza, mangana i drugih metala. Točan sastav i tehnologija primjene čuvaju se u tajnosti. Većina proračunskih uređaja sadrži 1 ili 2 ploče, ali postoje modeli s više ploča.

Diskovi su kruto pričvršćeni na vreteno. Tijekom rada vreteno se okreće brzinom od nekoliko tisuća okretaja u minuti (3600, 4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). Pri toj brzini stvara se snažno strujanje zraka u blizini površine ploče koje podiže glave i tjera ih da lebde iznad površine ploče. Oblik glava izračunat je tako da osigura optimalnu udaljenost od ploče tijekom rada. Sve dok diskovi ne ubrzaju do brzine potrebne za "polijetanje" glava, parkirni uređaj drži glave u zoni parkiranja. Time se sprječava oštećenje glava i radne površine ploča.

Uređaj za pozicioniranje glave sastoji se od stacionarnog para jakih neodimskih trajnih magneta ili elektromagneta i zavojnice na pomičnoj glavnoj jedinici.

Suprotno uvriježenom mišljenju, unutar zone zadržavanja nema vakuuma. Neki ga proizvođači čine zabrtvljenim (otuda i naziv) i pune ga pročišćenim i osušenim zrakom ili neutralnim plinovima, posebice dušikom; a za izjednačavanje tlaka ugrađuje se tanka metalna ili plastična membrana. (U ovom slučaju postoji mali džep unutar kućišta tvrdog diska za paketić silikagela, koji upija vodenu paru koja ostane unutar kućišta nakon zatvaranja). Drugi proizvođači izjednačavaju tlak kroz malu rupu s filtrom koji može uhvatiti vrlo male (nekoliko mikrometara) čestice. No, u ovom slučaju dolazi i do izjednačavanja vlage, a mogu prodrijeti i štetni plinovi. Izjednačavanje tlaka potrebno je kako bi se spriječila deformacija tijela zatvorene zone uslijed promjena atmosferskog tlaka i temperature, kao i kada se uređaj zagrijava tijekom rada.

Čestice prašine koje se tijekom montaže nađu u hermetičkoj zoni i padnu na površinu diska se tijekom rotacije prenose u drugi filter - sakupljač prašine.

Jedinica elektronike

U prvim tvrdim diskovima, upravljačka logika bila je postavljena na MFM ili RLL kontroler računala, a elektronička ploča sadržavala je samo module za analognu obradu i kontrolu motora vretena, pozicionera i prekidača glave. Povećanje brzine prijenosa podataka prisililo je programere da smanje duljinu analognog puta do granice, au modernim tvrdim diskovima elektronička jedinica obično sadrži: upravljačku jedinicu, memoriju samo za čitanje (ROM), međuspremnik, jedinicu sučelja i jedinica za digitalnu obradu signala.

Jedinica sučelja povezuje elektroniku tvrdog diska s ostatkom sustava.

Upravljačka jedinica je upravljački sustav koji prihvaća električni signali pozicioniranje glava i generiranje upravljačkih radnji pogonom tipa "glasovna zavojnica", komutacija tokovi informacija iz različitih glava, upravljanje radom svih ostalih komponenti (na primjer, upravljanje brzinom vretena), primanje i obrada signala sa senzora uređaja (sustav senzora može uključivati ​​jednoosni akcelerometar koji se koristi kao senzor udara, troosni akcelerometar koji se koristi kao slobodni pad, senzor tlaka, senzor kutnog ubrzanja, senzor temperature).

ROM blok pohranjuje upravljačke programe za upravljačke jedinice i digitalnu obradu signala, kao i servisne informacije tvrdog diska.

Međuspremnik memorije izglađuje razliku u brzini između dijela sučelja i pogona (koristi se statička memorija velike brzine). Povećanje veličine međuspremnik memorije u nekim slučajevima omogućuje vam povećanje brzine pogona.

Jedinica za digitalnu obradu signala briše očitanje analogni signal i njegovo dekodiranje (ekstrakcija digitalne informacije). Za digitalnu obradu koriste se različite metode, primjerice PRML metoda (Partial Response Maximum Likelihood - maksimalna vjerojatnost s nepotpunim odgovorom). Primljeni signal se uspoređuje s uzorcima. U ovom slučaju odabire se uzorak koji je po obliku i vremenskim karakteristikama najsličniji signalu koji se dekodira.

Oblikovanje niske razine

U završnoj fazi sastavljanja uređaja, površine ploča su oblikovane - na njima se formiraju staze i sektori. Točnu metodu određuje proizvođač i/ili standard, ali barem je svaka staza označena magnetskom oznakom koja pokazuje gdje počinje.

Postoje uslužni programi koji mogu testirati fizičke sektore diska te pregledavati i uređivati ​​njegove servisne podatke u ograničenoj mjeri. Specifične mogućnosti takvih uslužnih programa uvelike ovise o modelu diska i tehničke informacije, poznat autoru iz odgovarajuće obitelji modela.

Volumen, brzina i vrijeme pristupa

Glavni ciljevi proizvođača uvijek su bili povećanje količine informacija pohranjenih na diskovima i brzine rada s tim informacijama. Kako povećati prostor na disku? Najočitije rješenje je povećati broj ploča u kućištu tvrdog diska. Slično tome, modeli se obično razlikuju unutar istog asortiman modela. Ova metoda je najjednostavnija i omogućuje vam dobivanje diskova različitih kapaciteta koristeći istu bazu elemenata. Ali ova metoda ima prirodna ograničenja: broj diskova ne može biti beskonačan. Povećava se opterećenje motora, pogoršavaju se karakteristike temperature i buke diska, povećava se vjerojatnost kvarova proporcionalno broju ploča, što znači da je teže osigurati pouzdanost. Među industrijski proizvedenim diskovima SCSI disk ima najveći broj ploča. Seagate Barracuda 180 - ovaj tvrdi disk ima čak 12 ploča! Postoje i šampioni na polju pojednostavljivanja dizajna diskova - to su, primjerice, Maxtor 513DX i 541DX, koje smo recenzirali u nastavku, a koji imaju jedan disk koji se koristi samo s jedne strane.

Tehnološki složenija (i perspektivnija) metoda povećanja glasnoće je povećanje gustoće zapisa informacija. Ovdje se pojavljuju brojni tehnološki problemi. Moderne ploče izrađene su od aluminija ili čak stakla (neki modeli IBM-a). Magnetski premaz ima složenu višeslojnu strukturu i prekriven je posebnim zaštitnim slojem na vrhu. Veličine čestica magnetske prevlake se smanjuju, a njihova osjetljivost raste. Osim poboljšanja parametara samih ploča, sustav za očitavanje informacija trebao bi doživjeti značajna poboljšanja. Potrebno je smanjiti razmak između glave i površine ploče i povećati osjetljivost glave. Ali čak i ovdje, zakoni fizike nameću svoja prirodna ograničenja na granice korištenja takvih tehnologija. Uostalom, veličine magnetskih čestica ne mogu se smanjivati ​​unedogled.

Najlakši način za povećanje brzine čitanja je povećanje brzine rotacije ploče. Dizajneri su slijedili ovaj put. Ako ploče rotiraju sa veća brzina, tada više informacija prolazi ispod glave za čitanje po jedinici vremena. Na povećanje brzine čitanja također utječe gore razmotreno povećanje gustoće zapisa informacija. Iz tog razloga SCSI pogoni obično imaju veće brzine rotacije. Međutim, pri ovoj brzini teže je točno pozicionirati glavu za čitanje, pa je gustoća snimanja manja nego na nekim IDE diskovima, a takvi diskovi koštaju više. Budući da se glava, kada traži informacije, kreće samo po disku, ona je prisiljena “čekati” dok se disk ne okrene i sektor sa traženim podacima bude dostupan za čitanje. Ovo vrijeme ovisi samo o brzini rotacije diska i naziva se vrijeme čekanja informacije (latencija). Ali to je potrebno razumjeti ukupno vrijeme pristup informacijama određen je vremenom traženja željenog zapisa na disku i vremenom pozicioniranja unutar tog zapisa. Povećanje brzine rotacije diska smanjuje samo potonju vrijednost. Kako bi se smanjilo vrijeme traženja željene staze, pogon glave za čitanje je poboljšan i... smanjen je promjer ploča diska. Gotovo svi moderni tvrdi diskovi dostupni su s pločama promjera 2,5 inča.

Pozicioniranje glave općenito je zaseban, vrlo netrivijalan problem. Dovoljno je reći da kod modernih gustoća snimanja treba uzeti u obzir čak i toplinsko širenje! Dakle, povećanje brzine rotacije diska značajno komplicira precizno pozicioniranje glave. A u pokušajima povećanja performansi diska, ponekad morate žrtvovati volumen korištenjem ploča s nižom gustoćom snimanja. Ne čudi da najskuplji i najbrži tvrdi diskovi, koje karakterizira veća brzina rotacije, ne koriste maksimalnu trenutačno tehnološki dostupnu gustoću zapisa. Morate platiti za brzinu.

Dakle, koji disk odabrati? S obzirom na isti volumen, modeli s većom gustoćom zapisa zaslužuju više pažnje u odnosu na modele s velikim brojem diskova, makar samo zato što imaju veću linearnu brzinu čitanja/pisanja ( velike datotekečitaj brže). Brzina pristupa informacijama izravno ovisi o brzini rotacije ploča (brži rad s velikim brojem malih datoteka). Ali povećanje brzine dovodi do viših cijena proizvoda, a ponekad morate žrtvovati gustoću snimanja.