Фізичний пристрій жорсткого диска

Чому ж його називають жорстким? Візьміть звичайну 3-х дюймову дискету. Якщо ви розкриє її корпус (бажано це проробляти над зіпсованою дискети не містить важливої інформації:), то ви побачите, що безпосередньо сам диск виконаний з гнучкого матеріалу. Може хто ще пам'ятає, що свого часу в ходу були 5-ти і 8-ми дюймові дискети. Корпус їх було виконано з нетривкого гнучкого матеріалу, на відміну від 3-х дюймових дискет, де корпус зроблений з пластику. Звідси і йде назва - "гнучкий диск". Жорсткий диск, як можна здогадатися виготовлений за зовсім іншу технологію. Основу його складає алюміній. Рідше використовується кераміка або скло, але диски на основі цього матеріалу досить дорогі і призначені для використання в дорогих моделях вінчестерів.

В перший моделях жорстких, як магнітного покриття використовувався матеріал на основі окису заліза. Зараз виробники використовують окис хрому, яка має велику зносостійкість.

Складається жорсткий диск з двох основних блоків. Перший - це механічний блок, що включає в себе безпосередньо самі диски, двигун обертання, блок магнітних головок і привод переміщення головок. Цей блок є герметичним і навіть з цікавості не рекомендується вивчати його пристрій на працюючому вінчестері:) В іншому випадку, ви втратите не тільки дані, але й сам пристрій. Другий блок - блок електроніки. Являє собою плату з напаяними елементами. На платі розташовані мікросхеми ОЗП (робоча пам'ять вінчестера), ПЗУ з керуючою програмою, DSP (цифровий сигнальний процесор) для обробки сигналів і основний керуючий процесор.

На мій погляд, сам термін "жорсткий диск" є кілька неправильним. Сьогодні тільки вінчестери з найменшим випускаються об'ємом відповідають цьому терміну. Справа в тому, що в вінчестерах з великим об'ємом використовуються декілька пластин об'єднаних в один блок. Приклад: Quantum Fireball 4,3 Gb LT - використовує один диск, а та сама модель, але обсягом 8,4 Gb вже два диски. Саме тому ви ніколи не зможете зустріти у цієї моделі обсяг у 5,1 чи 3,2 Gb. Звідси випливає, що чим більший об'єм вінчестера, тим більше кількість дисків там використовується.

Фактично все це виглядає наступним чином. Уявіть собі шпиндель на який на однаковій відстані один від одного насаджені диски. З кожного боку диска розташовані магнітні головки здійснюють читання і запис даних (запис інформації виконується на обидві сторони диска). Головки укріплені на спеціальних власниках, і переміщаються між центром і краєм диска. Під час роботи, голівки за рахунок своєї конструкції, "плавають" над поверхнею диска. При падінні швидкості обертання нижче норми або виключення живлення, процесор вінчестера відводить їх ближче до шпинделя, у так звану "паркувальну зону ", де головки лягають на поверхню диска. Запис інформації в цій зоні не проводиться. Попередня парковка необхідна для збереження головок і поверхні дисків, інакше при зіткненні головки з поверхнею диска на такій швидкості буде виведена з ладу робоча поверхня диска і сама головка.

Під час роботи вінчестера, швидкість обертання шпинделя дуже високою (в сучасних моделях це 5400, 7200 і 10000 об/хв), а відстань між поверхнею диска і головкою складає від одиниць до декількох часток мікрона. Тому блок дисків і робиться герметичним. При попаданні пилу між головкою і диском можливий збій в роботі, а найімовірніше і вихід з ладу вінчестера.

Логічна структура вінчестера така. Кожен диск ділитися на сектори і доріжки. Думаю, пояснювати що таке сектор не треба - згадайте хоча б геометрію:) А доріжки являють собою концентричні кола, уздовж яких розміщується інформація. Доріжки з однаковими номерами з двох сторін диска і в усьому пакеті дисків називаються циліндром. Ці три параметри необхідні для правильної установки вінчестера в BIOS'е комп'ютера. Зараз це особливої складності не викликає, тому що будь-який сучасний BIOS має функцію автодетектірованія параметрів вінчестера.

Також на диску існує так званий "інженерний циліндр". У ньому зберігається службова інформація (серійний номер, модель, в деяких моделях частина програми ПЗУ тощо). Раніше вінчестери виготовлялися "чистими", як і дискети. Тобто початкове форматування було покладено кінцевим споживача. Зараз ця операція проводиться безпосередньо на стадії виготовлення. Тому, якщо ви виявите в вашому BIOS або який-небудь утиліті пункт low level format HDD, ні в якому разі не користуйтеся їм! При форматуванні в заводських умовах, на диск записується спеціальна інформація (сервоінформація). Це спеціальні мітки, необхідні для пошуку секторів, відстеження положення головок і стабілізації частоти обертання диска. На сучасних вінчестерах ці мітки наносяться між секторами, а в більш ранніх моделях для них була призначена окрема поверхню пакету дисків. Сервоінформація є основою розмітки диску, при її псування контролер вінчестера не зможе відновити її самостійно!

Навіть при рівні сучасних технологій, будь-який новий вінчестер містить несправні блоки (bad block). Несправний блок (чи сектор) не дозволяє зчитувати з нього записану раніше інформацію. При початковій розмітці, виявлені дефектні блоки заносяться в спеціальну таблицю перепризначення. Далі контролер вінчестера, при роботі, підміняє їх на резервні, які спеціально залишаються для цих цілей.

Сама робота вінчестера, у загальних рисах виглядає наступним чином. При включенні живлення, процесор вінчестера спочатку тестує електроніку, після цього дає команду на включення двигуна шпинделя. Після досягнення критичної швидкості обертання, повітря захоплюємося поверхнями дисків змушує головки "спливати" над поверхнею диска. І весь час роботи вінчестера головки висять над поверхнею на повітряній подушці.

За досягненні швидкості обертання близькою до номінальної, головки виводяться з паркувальної зони і контролер вінчестера здійснює пошук сервометок, для стабілізації частоти обертання. Далі проводиться пошук різної службової інформації, наприклад таблиці перепризначення несправних ділянок. Останньою стадією ініціалізації жорсткого диска є перевірка позиціонування головок. Перевіряється це установкою головок на заздалегідь задану послідовність записів. Якщо все це так само проходять успішно, контролер видає сигнал готовності і переходить в режим нормальної роботи.

Я сподіваюся, що ця стаття допомогла вам хоч трохи зрозуміти що таке жорсткий диск. У наступній статті ми поговоримо про типи інтерфейсів жорстких дисків та їх відмінності.

Список літератури

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