Як працює накопичувач на жорсткому диску

Накопитель на жорсткому диску відноситься до найбільш досконалим і складним пристроїв сучасного персонального комп'ютера. Його диски здатні вмістити багато мегабайти інформації, що передається з величезною швидкістю. У той час, як майже всі елементи комп'ютера працюють безшумно, жорсткий диск бурчить і поскрипує, що дозволяє віднести його до тих небагатьох ко-мпьютерним пристроям, які містять як механічні, так і еле-ронние компоненти.

Поглянувши на накопичувач на жорсткому диску, ви побачите тільки міцний металевий корпус. Він повністю герметичний і захищає дисковод від часточок пилу, які при попаданні у вузький зазор між головкою й поверхнею диска можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск з ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод.

Всередині корпуса знаходяться всі механізми і деякі електронні вузли.

Механізми - Це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, які записують та зчитують інформацію з дисків, а також двигуни, що призводять все це в рух.

Диск являє собою круглу металеву пластину з дуже рівною поверхнею, феромагнітною покриту тонким шаром. У багатьох накопичувачах використовується шар оксиду заліза (яким вкривається звичайна магнітна стрічка), але новітні моделі жорстких дисків працюють із шаром кобальту завтовшки близько десяти мікрон. Таке покриття міцніше і, крім того, дозволяє значно збільшити щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, яка використовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різним - від одного до п'яти, кількість робочих поверхонь, відповідно, вдвічі більше (по дві на кожному диску). Остання (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає ємність жорсткого диска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується й може виявитися непарних.

Магнітні головки зчитують і записують інформацію на диски. Принцип запису загалом схожий з тим, що використовується у звичайному магнітофоні. Цифрова інформація перетворюється на змінний електричний струм, що надходить на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке диск може сприйняти і "запам'ятати".

Магнітне покриття диска являє собою безліч дрібних областей мимовільної (спонтанної) намагніченості. Для наочності уявіть собі, що диск покритий шаром дуже маленьких стрілок від компаса, направлених до різні боки. Такі частинки-стрілки називаються доменами. Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються в Згідно з її оприлюдненням. Після припинення дії зовнішнього поля на поверхні диска утворюються зони залишкової намагніченості. Таким чином зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска навпроти зазору магнітної головки, наводять у ній електрорушійну силу, яка змінюється залежно від величини намагніченості. Пакет дисків, змонтований на осі-шпинделі, приводиться в рух спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Швидкість обертання дисків, як правило, становить 3600 oб/хв. Для того, щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при включенні деякий час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинен мати запас по пікової потужності. Тепер про роботу головок. Вони переміщуються з допомогою прецизійного крокової двигуна і як би "пливуть" на відстані в частки мікрона від поверхні диска, не торкаючись його. На поверхні дисків в результаті запису інформації утворюються намагнічені ділянки, у формі концентричних кіл. Вони називаються магнітними доріжками. Переміщаючись, головки зупиняються над кожною наступною доріжкою. Сукупність доріжок, розташованих один під одним на всіх поверхнях, називають циліндром. Всі головки накопичувача переміщаються одночасно, здійснюючи доступ до однойменних циліндрах з однаковими номерами.

Зберігання та вилучення даних з диска вимагає взаємодії між операційною системою, контролером жорсткого диска і електронними і механічними компонентами самого накопичувача. DOS поміщає дані на зберігання і обслуговує каталог секторів диска, закріплених за файлами (FAT - File Allocation Table). Коли ви даєте системі команду збереження файлу або вважати його з диска, вона передає її в контролер жорсткого диска, який переміщує магнітні головки до таблиці розташування файлів відповідного логічного диска. Потім DOS зчитує цю таблицю, здійснюючи в залежності від команди пошук вільного сектора диска, в якому можна зберегти знову створений файл, або початок запитуваної для збереження файлу.

Потрібно відзначити, що файл може бути розкиданий по сотнях різних секторів жорсткого диска. Це пов'язано з тим, що DOS зберігає файл у першому зустрінутим нею секторі, позначеному як вільний. При цьому файл може розбиватися на безліч частин і розміщуватися в секторах, які не розташовані безпосередньо один за одним (що, втім, майже непомітно для користувача, хоча трохи знижує швидкодію комп'ютера). FAT зберігає послідовність номерів секторів, в що був записаний файл. Таким чином вони збираються в ланцюг, кожна ланка якої зберігає наступну частину файлу.

Інформація FAT надходить з електронної схеми накопичувача в контролер жорсткого диска і повертається операційній системі, після чого DOS генерує команду установки магнітних головок над відповідною доріжкою диска для запису або зчитування потрібного сектора, при цьому диск обертається зі швидкістю 3600 об/сек. Записав новий файл на вільні сектори диска, DOS повертає магнітні головки в зону розташування FAT і вносить зміни в таблицю розташування файлів, послідовно перераховуючи всі сектори, на яких записаний файл.

Операційна система звертається до диска на рівні логічного пристрою, що містить певний перелік файлів, керованих DOS. Вона генерує команди управління контролером дисків. Останній зазвичай являє собою окрему плату, що встановлюється в слот розширення персонального комп'ютера. Контроллер дисків управляється операційною системою з використанням найбільш загальних понять, таких як фізична ім'я накопичувача, номер головки і циліндра, операція запису або читання і т.п.

Електроніка жорсткі діcка cпрятана знизилися вінчеcтера. Вона раcшіфровивает команди контролера жорсткого диска і передає їх у вигляді ізменяющегоcя напруги на кроковий двигун, що переміщують магнітні головки до потрібного циліндра диска. Крім того, вона керує приводом шпинделя, стабілізуючи швидкість обертання пакету дисків, генерує сигнали для головок при записі, підсилює ці сигнали при читанні і управляє роботою інших електронних вузлів накопичувача.

Накопитель на жорстких дисках - великий крок вперед у порівнянні з гнучкими дисками. Часом здається дивним, що така складна система працює так надійно і злагоджено. Але це ще не межа: можливості жорстких дисків ростуть, все більше користувачів успішно застосовують їх у своїй повсякденній роботі. Для тих, хто за будь-якої неполадки запрошує фахівців з сервісної фірми (або для тих, чий вінчестер працює безвідмовно), цей матеріал, імовірно, представить чисто пізнавальний інтерес, для того же, хто наважиться самостійно встановити вінчестер, стаття, можливо, допоможе позбутися зайвих пригод ... Якщо, звичайно, читачеві не прийде в голову відкрити вінчестер і спробувати самому розібратися, що до чого - не виключено, що після цього навіть фахівець дуже високого класу виявиться безсилий чимось допомогти.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.nodevice.ru/