Інформатика, кібернетика та програмування

Головка читання/запису в будь-якому дисковому накопичувачі складається з U-подібного феромагнітного сердечника і намотаної на нього котушки (обмотки), якою може протікати електричний струм. При пропусканні струму через обмотку в осерді (магнітопроводі) головки створюється магнітне поле. При перемиканні напрямку струму, що протікає, полярність магнітного поля також змінюється. По суті, головки є електромагнітами.

Пристрій накопичувача на жорстких магнітнихдиски.

Принцип магнітного запису Робочий шар диска Ферритові головки Головки з металом у зазорі Тонкоплівкові головки Магніторезистивні головки Гігантські магніторезистивні головки Повзунок Конструкція каркасу з головками читання/запису Механізми приводу головок Привід із кроковим двигуном Привід із рухомою котушкою Зворотній зв'язок Двигун приводу дисків Плата керування Лицьова панель Кабелі та рознімання накопичувачів Елементи конфігурації

Принцип магнітного запису

Головка читання/запису в будь-якому дисковому накопичувачі складається з U-подібного феромагнітного сердечника і намотаної на нього котушки (обмотки), якою може протікати електричний струм. При пропусканні струму через обмотку в осерді (магнітопроводі) головки створюється магнітне поле (рис. 1). При перемиканні напрямку струму, що протікає, полярність магнітного поля також змінюється. По суті, головки є електромагнітами, полярність яких можна дуже швидко змінити, перемкнувши напрямок пропускається електричного струму.

На рис. 2 показано принцип запису інформації. Магнітне поле в осерді частково поширюється в навколишній простір завдяки наявності зазору, "пропиляного" в основі U-подібного осердя. Якщо поблизу зазору розташовується інший феромагнетик (робочий шар носія), то магнітне поле в ньому локалізується, оскільки подібні речовини мають менший магнітний опір, ніж повітря.

Рис.2 Принцип запису інформації

Магнітний потік, що перетинає зазор, замикається через носій, що призводить до поляризації його магнітних частинок (доменів) у напрямі дії поля. Напрямок поля і, отже, залишкова намагніченість носія залежить від полярності електричного поля обмотці головки. Гнучкі магнітні диски зазвичай робляться на лавсановій, а жорсткі - на алюмінієвій або скляній підкладці, на яку наноситься шар феромагнітного матеріалу. Робочий шар переважно складається з окису заліза з різними добавками. Магнітні поля, створювані окремими доменами на чистому диску, орієнтовані випадковим чином і взаємно компенсуються на будь-якому протяжному (макроскопічному) ділянці поверхні диска, тому його залишкова намагніченість дорівнює нулю.

Якщо ділянка поверхні диска під час протягування поблизу зазору головки піддається впливу магнітного поля, то домени вишиковуються в певному напрямку і їх магнітні поля більше не компенсують один одного. В результаті на цій ділянці з'являється залишкова намагніченість, яку можна згодом виявити. Т.ч. в результаті протікання змінного струму імпульсної форми в обмотці головки читання/запису на диску, що обертається, утворюється послідовність ділянок з різною по знаку (напрямку) залишковою намагніченістю.

Для подальшого відтворення записаної інформації найважливішими виявляються ті зони, у яких відбувається зміна напряму залишкового магнітного поля (зони зміни знака). Магнітна головка записує дані на диск, розміщуючи у ньому зони зміни знака. При записі кожного біта (або бітів) даних у спеціальних областях на диску розміщуються послідовності зон зміни знака. Ці області називаються бітовими осередками.

Бітовий осередок — це спеціальна область на диску, де головка розміщує зони зміни знака. Геометричні розміри такого осередку залежать від тактової частоти сигналу запису та швидкості, з якої переміщуються відносно один одного голівка та поверхня диска. Осередок переходу — це область на диску, в яку можна записати лише одну зону зміни знака. При записі окремих бітів даних чи його груп у осередках формується характерний “візерунок” із зон зміни знака, залежить від способу кодування інформації. Це пов'язано з тим, що в процесі перенесення даних на магнітний носій кожен біт (або група бітів) за допомогою спеціального пристрою, що кодує, перетворюється в серію електричних сигналів, що не є точною копією вихідної послідовності імпульсів.

Під час зчитування голівка поводиться як детектор зон зміни знака, видаючи імпульси напруги при кожному перетині зони зміни знака. На тих ділянках, де не змінюється знак, імпульси не генеруються (викиди відсутні).

На рис. 3 у графічному вигляді представлена ​​взаємозв'язок між формами імпульсів (сигналів) під час зчитування та запису та зонами зміни знака, записаними на диску.

Під час зчитування голівка реєструє зони зміни знака та видає відповідні імпульси - сигнал відповідає нульовій напрузі, якщо не виявлено переходів від позитивного знака до негативного або навпаки. Імпульси з'являються лише у випадках, коли головка перетинає зони зміни знака на магнітному носії. Схема контролера пристрою враховує тактову частоту проходження, записуваних імпульсів і т.ч. визначає, чи потрапляє імпульс (і, отже, зона зміни знака) у цю комірку переходу.

Амплітуда зареєстрованого сигналу, що надходить з головки під час зчитування, дуже мала, тому існує проблема шумів та перешкод. Тому для посилення сигналу використовуються високочутливі пристрої. Після посилення сигнал надходить на декодуючі схеми, призначені для відновлення потоку даних, ідентичного потоку, що надходив на накопичувач при виконанні запису.

Отже, запис та зчитування інформації з диска засновані на принципах електромагнетизму. При записі даних на диск електричний струм пропускається через електромагніт (головку пристрою), у результаті створюються зони намагніченості, які зберігаються на диску. Дані прочитуються з диска при переміщенні головки над його поверхнею; при цьому головка реєструє зміни в зонах намагніченості та в результаті генерує слабкі електричні сигнали, що вказують на наявність або відсутність зон зміни знака записаних сигналах.

Рис. 3. Запис та зчитування інформації з магнітного диска

Принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках

У накопичувачах на жорстких дисках дані записуються і зчитуються універсальними головками читання/записи з поверхні магнітних дисків, що обертаються, розбитих на доріжки і сектори (512 байт кожен), як показано на рис. 4.

У накопичувачах зазвичай встановлюється кілька дисків (пластин, платтерів), і дані записуються на обох сторонах кожного з них. У більшості накопичувачів є щонайменше два або три диски (що дозволяє виконувати запис на чотирьох або шести сторонах). Однотипні (однаково розташовані) доріжки на всіх сторонах дисків поєднуються в циліндр (рис. 5). Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання/запису, але всі головки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому головки що неспроможні переміщатися незалежно друг від друга і рухаються лише синхронно.

Жорсткі диски обертаються набагато швидше, ніж гнучкі. Частота їх обертання нині становить 7 200, 10 000 та 15 000 об/хв. Швидкість роботи жорсткого дисказалежить від частоти його обертання, швидкості переміщення системи головок та кількості секторів на доріжці. При нормальній роботі жорсткогодиска головки читання/запису не торкаються (і не торкаються!) дисків. Але при вимиканні живлення та зупинці дисків вони опускаються на поверхню. Під час роботи пристрою між головкою і поверхнею диска, що обертається, утворюється дуже малий повітряний зазор (повітряна подушка). Якщо в цей зазор потрапить пил або струс, головка "зіткнеться" з диском, що обертається "на повному ходу". Якщо удар буде досить сильним, станеться поломка голівки. Наслідки цього можуть бути різними - від втрати декількох байтів даних до виходу з ладу.

Основні вузли накопичувачів на жорстких дисках

Практично всі накопичувачі на жорстких дисках складаються з тих самих основних вузлів. Конструкції цих вузлів та якість використовуваних матеріалів можуть бути різними, але основні їхні робочі характеристики та принципи функціонування однакові. До основних елементів конструкції типового накопичувача на жорсткому диску (мал. 6) належать такі:

• диски (платтери);
• головки читання/запису;
• механізм приводу головок;
• повітряні фільтри
• двигун приводу дисків;
• друкована плата зі схемами керування;
• лицьова панель;
• кабелі та роз'єми;
• елементи конфігурації (перемички та перемикачі).

Диски, двигун приводу дисків, головки та механізм приводу головок зазвичай розміщуються у герметичному корпусі, який називається HDA (Head Disk Assembly – блок головок та дисків). Зазвичай цей блок сприймається як єдиний вузол; його майже ніколи не розкривають. Інші вузли, що не входять до блоку HDA (друкована плата, лицьова панель, елементи конфігурації та монтажні деталі) є знімними.

Рис. 6 . Основні вузли накопичувача на жорсткому диску

Диски

Зазвичай накопичувач містить один або кілька магнітних дисків. Встановлено низку стандартних розмірів накопичувачів, які визначаються в основному розмірами дисків, а саме:

• 5,25 дюйма (насправді - 130 мм, або 5,12 дюйма);
• 3,5 дюйма (насправді – 95 мм, або 3,74 дюйма);
• 2,5 дюйма (насправді - 65 мм, або 2,56 дюйма);
• 1 дюйм (насправді – 34 мм, або 1,33 дюйма).

Існують також накопичувачі з дисками великих розмірів, наприклад, 8 дюймів, 14 дюймів і навіть більше, але, як правило, ці пристрої в персональних комп'ютерах не використовуються. Зараз у настільних та деяких портативних моделях найчастіше встановлюються накопичувачі формату 3,5 дюйми, а малогабаритні пристрої (формату 2,5 дюйми і менше) – у портативних системах.

У більшості накопичувачів встановлюється щонайменше два диски, хоча в деяких малих моделях буває і по одному. Кількість дисків обмежується фізичними розмірами накопичувача, саме висотою його корпуса. Раніше майже всі диски виготовлялися з алюмінієвого сплаву, досить міцного та легкого. Але з часом виникла потреба в накопичувачах, що поєднують малі розміри та велику ємність. Тому як основний матеріал для дисків стало використовуватися скло, а точніше, композитний матеріал на основі скла та кераміки. Один із таких матеріалів називається MemCor. Він значно міцніший, ніж кожен із його компонентів окремо. Скляні диски відрізняються більшою міцністю і жорсткістю, тому їх можна зробити вдвічі тоншою за алюмінієві (а іноді ще тонші). З іншого боку, вони менш сприйнятливі до перепадів температур, тобто. їх розміри при нагріванні та охолодженні змінюються дуже незначно. В даний час у деяких накопичувачах, що випускаються такими компаніями як IBM, Seagate, Toshiba, Western Digital і Maxtor, використовуються скляні або склокерамічні диски.

Робочий шар диска

Незалежно від того, який матеріал використовується як основа диска, він покривається тонким шаром речовини, здатного зберігати залишкову намагніченість після впливу зовнішнього магнітного поля. Цей шар називається робочим чи магнітним, і у ньому зберігається записана інформація. Найпоширенішими є два типи робочого шару.оксидний і тонкоплівковий.

Оксидний шар являє собою полімерне покриття з наповнювачем з окису заліза. Наносять його в такий спосіб. Спочатку на поверхню алюмінієвого диска, що швидко обертається, розбризкується суспензія порошку оксиду заліза в розчині полімеру. За рахунок дії відцентрових сил вона рівномірно розтікається поверхнею диска від його центру до зовнішнього краю. Після полімеризації розчину поверхня шліфується. Потім на неї наноситься ще один шар чистого полімеру, що має достатню міцність і низький коефіцієнт тертя, і диск остаточно полірується. Чим вище ємність накопичувача, тим тоншим і гладким має бути робочий шар дисків.

Досягти якості покриття, необхідного для накопичувачів великої ємності, в рамках традиційної технології виявилося неможливим, оскільки оксидний шар досить м'який, він кришиться при "зіткненнях" з головками (наприклад, при випадкових струсах накопичувача). Тому в сучасних моделях накопичувачів вони повністю поступилися місцем тонкоплівковим дискам.

Тонкоплівковий робочий шармає меншу товщину, він міцніший, і якість його покриття набагато вища. Ця технологія лягла в основу виробництва накопичувачів нового покоління, в яких вдалося суттєво зменшити величину зазору між головками та поверхнями дисків, що дозволило підвищити густину запису. Спочатку тонкоплівкові диски використовувалися тільки у високоякісних накопичувачах великої ємності, але зараз вони застосовуються практично у всіх накопичувачах. Тонкоплівковий робочий шар називають такожгальванізованимабо напиленим Оскільки наносити тонку плівку на поверхню дисків можна по-різному.

Тонкоплівковий гальванізований робочий шародержують шляхом електролізу. Алюмінієву підкладку диска послідовно занурюють у ванни з різними розчинами, у результаті вона покривається декількома шарами металевої плівки. Робочим шаром служить шар зі сплаву кобальту товщиною близько 1 мікродюйма (приблизно 0,025 мкм).Метод напилення робочого шарузапозичений із напівпровідникової технології. Суть його зводиться до того що, що у спеціальних вакуумних камерах речовини і сплави спочатку перетворюються на газоподібний стан, та був осаджуються на підкладку. На алюмінієвий дискспочатку наноситься шар фосфориту нікелю, потім магнітний кобальтовий сплав. Його товщина при цьому виявляється рівною всього 1-2 мікродюйми (0,025-0,05 мкм). Аналогічно поверх магнітного шару на диск наноситься дуже тонке (близько 0,025 мкм) вуглецеве захисне покриття, що має виняткову міцність. Це найдорожчий процес з усіх описаних вище, так як для його проведення необхідні умови, наближені до повного вакууму.

Як зазначалося, товщина магнітного шару, отриманого методом напилення, становить близько 0,025 мкм. Його виключно гладка поверхня дозволяє зробити зазор між головками та поверхнями дисків набагато меншим, ніж це було можливо раніше (0,076 мкм). Що ближче до поверхні робочого шару розташовується головка, то вище щільність розташування зон зміни знака на доріжці запису і, отже, щільність диска. Крім того, при збільшенні напруженості магнітного поля з наближенням головки до магнітного шару збільшується амплітуда сигналу; в результаті співвідношення "сигнал-шум" стає більш сприятливим. І при гальванічному осадженні, і при напиленні робочий шар виходить дуже тонким та міцним. Тому ймовірність "виживання" головок і дисків у разі їх контакту один з одним на великій швидкості значно підвищується. Сучасні накопичувачі з дисками, що мають тонкоплівкові робочі шари, практично не виходять з ладу при вібраціях і струсах. Оксидні покриття в цьому відношенні набагато менші

надійні. Якщо заглянути всередину корпусу накопичувача, можна побачити, що тонкоплівкові покриття дисків нагадують сріблясту поверхню дзеркал. Найтонше і найміцніше покриття виходить у процесі напилення, тому гальванічний метод останнім часом застосовується все рідше.

Конструкції головок читання/запису

У міру розвитку технології виробництва дискових накопичувачів удосконалювалися конструкції голівок читання/запису. Перші головки були сердечниками з обмоткою (електромагніти). За сучасними мірками їх розміри були величезними, а щільність запису надзвичайно низькою. За минулі роки конструкції головок пройшли довгий шлях розвитку від перших головок із феритовими сердечниками до сучасних типів.

У сучасних накопичувачах на жорстких дисках найчастіше використовуються головки наступних чотирьох типів:

• феритові;
• з металом у зазорі (MIG);
• тонкоплівкові (TF);
• магніторезистивні (MR);
• гігантські магніторезистивні (GMR).

Ферритові головки

Класичні феритові голівки вперше були використані у перших накопичувачах компанії IBM. Їхні сердечники робляться на основі пресованого фериту (на основі окису заліза). Магнітне поле у ​​зазорі виникає при протіканні через обмотку електричного струму. У свою чергу при змінах напруженості магнітного поля поблизу зазору в обмотці наводиться електрорушійна сила. Отже, головка є універсальною, тобто. може використовуватись як для запису, так і для зчитування. Розміри та маса феритових головок більше, ніж у тонкоплівкових; тому, щоб запобігти їх небажаним контактам з поверхнями дисків, доводиться збільшувати зазор.

За час існування феритових головок їхня первісна (монолітна) конструкція була значно вдосконалена. Були розроблені, зокрема, так звані склоферитові (композитні) головки, невеликий феритовий сердечник яких встановлений у керамічний корпус. Ширина сердечника та магнітного зазору таких головок менша, що дозволяє підвищити щільність розміщення доріжок запису. Крім того, знижується їхня чутливість до зовнішніх магнітних перешкод.

У міру збільшення ємності накопичувачів феритові голівки були повністю витіснені іншими різновидами. Ферритові голівки непридатні для запису на носії з великою коерцитивною силою, їх частотна характеристика обмежена, а низька чутливість (погане співвідношення "сигнал-шум"). Головна перевага феритових головок - їхня дешевизна.

Головки з металом у зазорі

Головки з металом у зазорі (Metal-In-Gap - MIG) з'явилися в результаті вдосконалення конструкції композитної феритової головки. У таких головках магнітний проміжок, розташований у задній частині сердечника, заповнений металом. Завдяки цьому суттєво зменшується схильність матеріалу сердечника до магнітного насичення, що дозволяє підвищити магнітну індукцію в робочому зазорі і, отже, виконати запис на диск із більшою щільністю. Крім того, градієнт магнітного поля, створюваного голівкою з металом у зазорі, вище, а це означає, що на поверхні диска формуються намагнічені ділянки з чіткіше вираженими межами (зменшується ширина зон зміни знака).

Ці головки дозволяють використовувати носії з великою коерцитивною силою та тонкоплівковим робочим шаром. За рахунок зменшення загальної маси та покращення конструкції такі головки можуть розташовуватися ближче до поверхні носія.

Головки з металом у зазорі бувають двох видів: односторонні та двосторонні (тобто з одним та з двома металізованими зазорами). В односторонніх головках прошарок із магнітного сплаву розташований тільки в задньому (неробочому) зазорі, а в двосторонніх - в обох. Шар металу наноситься шляхом вакуумного напилення. Індукція насичення магнітного сплаву приблизно вдвічі більша, ніж у фериту, що, як зазначалося, дозволяє

здійснювати запис на носії з великою коерцитивною силою, що використовуються у накопичувачах високої ємності. Двосторонні головки в цьому відношенні кращі за односторонні. Завдяки своїм незаперечним перевагам якийсь час тому головки з металом у зазорі повністю замінили традиційні феритові головки у високоякісних накопичувачах. Але постійно зростаючі вимоги до ємності жорстких дисківпривели до того, що їх зараз поступово витісняють тонкоплівкові голівки.

Тонкоплівкові головки

Тонкоплівкові (Thin Film - TF) головки виробляються за технологією схожою на виробництво інтегральних схем, тобто. шляхом фотолітографії. На одній підкладці можна “надрукувати” одразу кілька тисяч головок, які виходять у результаті маленькими та легкими. Робочий зазор у тонкоплівкових головках можна зробити дуже вузьким, причому його ширина регулюється в процесі виробництва шляхом нарощування додаткових шарів алюмінієвого сплаву немагнітного. Алюміній повністю заповнює робочий зазор і добре захищає його від пошкоджень (сколів країв) при випадкових контактахз диском. Власне сердечник виготовляється з металу заліза і нікелю, індукція насичення якого у 2-4 рази більше, ніж у фериту.

Ділянки залишкової намагніченості на поверхні диска, що формуються тонкоплівковими головками, мають чітко виражені межі, що дозволяє досягти дуже високої щільності запису. Завдяки невеликій вазі та малим розмірам головок можна значно зменшити просвіт між ними та поверхнями дисків у порівнянні з феритовими та MIG-головками: у деяких накопичувачах його величина не перевищує 0,05 мкм. В результаті, по-перше, підвищується залишкова намагніченість ділянок поверхні носія і, по-друге, збільшується амплітуда сигналу і покращується співвідношення "сигнал-шум" в режимі зчитування, що в результаті позначається на достовірності запису та зчитування даних.

При тих щільностях розташування доріжок і розміщення даних вздовж доріжки, які характерні для сучасних накопичувачів, сигнал відтворення зі звичайної феритової голівки просто "втратився" в шумах і перешкодах. Нарешті, завдяки невеликій висоті тонкоплівкових головок при тих же розмірах корпусу накопичувача вдається встановити більшу кількість дисків.

До недавнього часу тонкоплівкові голівки були значно дорожчі за інших, але вдосконалення технології виробництва та підвищення вимог до ємності накопичувачів призвели, з одного боку, до зниження вартості тонкоплівкових головок (вона стала порівнянною, а іноді й нижчою, ніж ціна феритових головок та головок з металом). у зазорі), з другого — до ширшого поширенню.

В даний час тонкоплівкові голівки використовуються в більшості накопичувачів високої ємності, особливо в малогабаритних моделях, практично витіснивши голівки з металом у зазорі. Їх конструкція та характеристики постійно покращуються, але, швидше за все, найближчим часом вони будуть витіснені магніторезистивними головками.

Магніторезистивні головки

Магніторезистивні (Magneto-Resistive - MR) головки з'явилися порівняно недавно. Вони розроблені компанією IBM і дозволяють досягти найвищих значень щільності запису та швидкодії накопичувачів. Вперше магніторезистивні головки були встановлені у накопичувачі на жорстких дисках ємністю 1 Гбайт (3,5") компанії IBM у 1991 році.

Усі головки є детекторами, тобто. реєструють зміни в зонах намагніченості і перетворюють їх на електричні сигнали, які можуть бути інтерпретовані як дані. Однак при магнітному записі існує одна проблема: при зменшенні магнітних доменів носія зменшується рівень сигналу головки і існує можливість прийняти шум за "справжній" сигнал. Для вирішення цієї проблеми необхідно мати ефективну голівку читання, яка достовірніше зможе визначити наявність сигналу.

Досить давно було відкрито ще один ефект магнетизму: при впливі на провідник зовнішнього магнітного поля його опір змінюється. При проходженні звичайної головки над зоною зміни знака на виходах обмотки формується імпульс напруги. Інакше справа при зчитуванні даних за допомогою магніторезистивної головки. Її опір виявляється різним під час проходження над ділянками з різним значенням залишкової (постійної) намагніченості. Це явище і послужило основою для створення компанією IBM нового типу головок, що зчитують. Через головку протікає невеликий постійний вимірювальний струм, і при зміні опору змінюється падіння напруги на ній.

Оскільки на основі магніторезистивного ефекту можна побудувати тільки пристрій, що зчитує, магніторезистивна головка — це насправді дві головки, об'єднані в одну конструкцію. При цьому записуюча частина являє собою звичайну індуктивну голівку, а зчитує - магніторезистивну. Оскільки функції зчитування та запису розділені між двома окремими вузлами, кожен з них може бути спроектований так, щоб якнайкраще виконувати передбачену операцію. Амплітуда вихідного сигналу у такої головки виявляється приблизно вчетверо більше, ніж у індуктивної.

Магніторезистивні головки дорожчі і складніші за головки інших типів, оскільки в їх конструкції є додаткові елементи, а технологічний процес включає кілька додаткових етапів. Нижче наведено основні відмінності магніторезистивних головок від звичайних:

• до них мають бути підведені додаткові дроти для подачі вимірювального струму на резистивний датчик;
• у процесі виробництва використовується 4-6 додаткових масок (фотошаблонів);
• завдяки високій чутливості магніторезистивні головки більш сприйнятливі до зовнішніх магнітних полів, тому їх доводиться ретельно екранувати.

У всіх розглянутих раніше головках у процесі запису і зчитування “працював” той самий зазор, а магниторезистивной голівці їх два — кожен своєї операції. При створенні головок з одним робочим проміжком доводиться йти на компроміс при виборі його ширини. Справа в тому, що для поліпшення параметрів головки в режимі зчитування потрібно зменшувати ширину зазору (для збільшення роздільної здатності), а при записі зазор повинен бути ширшим, оскільки при цьому магнітний потік проникає в робочий шар на велику глибину (намагнічуючи його по всій товщині). У магниторезистивних головках із двома зазорами кожен із новачків може мати оптимальну ширину. Ще одна особливість розглянутих головок полягає в тому, що їх записує (тонкоплівкова) частина формує на диску ширші доріжки, ніж це необхідно для роботи вузла, що зчитує (магніторезистивного). В даному випадкузчитуюча головка "збирає" із сусідніх доріжок менше магнітних перешкод.

Схема типової магниторезистивной головки IBM показано на рис. 7. Тут представлений весь вузол головки разом із повзунком. Зчитуючий елемент головки (магніторезистивний сенсор) складається із залізонікелевої плівки, відокремленої невеликим проміжком від магнітного шару. Ця плівка змінює свій опір, залежно від магнітного поля. Захисні шари оберігають сенсор зчитуючого елемента від "випадкових" магнітних полів. У більшості конструкцій другий захист виконує функції записуючого елемента. Такий тип головок називають об'єднаними магніторезистивними головками. Записуючий елемент являє собою звичайну тонкоплівкову індуктивну головку.

Рис. 7 . Поперечний переріз магніторезистивної головки

Гігантські магніторезистивні головки

У 1997 році IBM анонсувала новий тип магніторезистивних головок, що мають набагато більшу чутливість. Вони були названі гігантськими магніторезистивними головками (Giant Magnetoresistive - GMR). Таку назву вони отримали на основі використовуваного ефекту (хоча за розміром були меншими за стандартні магніторезистивні головки). Зчитуючий елемент гігантської магніторезистивної головки показано на рис. 8 . В даний час у більшості накопичувачів на жорстких дисках використовується цей тип головок і найближчим часом технологія GMR буде домінуючою у виробництві головок.

Рис. 8 . Поперечний переріз гігантської магніторезистивної головки

Повзунок

Повзунком називається деталь конструкції, завдяки якій головка підтримується у підвішеному положенні на потрібній відстані від поверхні диска. Сам повзунок при цьому теж не стикається з поверхнею носія. Найчастіше ця деталь формою нагадує катамаран з двома бічними “поплавцями” і центральної “кермової рубкою” — магнітною головкою (рис. 9).

Тенденція до постійного зменшення розмірів накопичувачів призводить до того, що їх складові, зокрема і повзунки, теж зменшуються. Наприклад, розмір стандартного міні-вінчестера дорівнює 0,160 x 0,126 x 0,034 дюймів (4 x 3,2 x 0,86 мм. Зараз у більшості накопичувачів високої ємності та малогабаритних моделях використовуються повзунки менших розмірів (зменшених на 50%): 0,08 x 0,063 x 0,017 дюймів (2 x 1,6 x 0,43 мм. У нових моделях розміри повзунка зменшуються на 70%. Зменшення розмірів повзунка призводить до зниження маси рухомої системи, що складається з головки, повзунка та важеля переміщення головки. Це, своєю чергою, дозволяє переміщати їх із великими прискореннями, тобто. зменшити час переходу з однієї доріжки на іншу і в результаті час доступу до даних. Крім того, при цьому можна зменшити розміри зони паркування головок (посадкової смуги) і відповідно збільшити корисну площу дисків. Нарешті, завдяки меншій площі контактної поверхні повзунка зменшується неминучий знос поверхні носія у процесі розкручування та зупинки дисків.

У нових конструкціях повзунків їх нижній стороні надається спеціальна форма, завдяки якій висота “польоту” головок над поверхнею диска (величина повітряного просвіту) підтримується приблизно однаковою під час роботи як у зовнішніх, і на внутрішніх циліндрах. При використанні звичайних повзунків просвіт між головкою та робочим шаром диска суттєво змінюється при переході від зовнішніх доріжок до внутрішніх та навпаки. Це пов'язано з відмінностями лінійних швидкостях різних ділянок поверхні диска щодо головок (лінійна швидкість залежить від радіуса обертання). Чим вище швидкість, тим більша величина просвіту. Такий ефект вкрай небажаний, особливо в нових накопичувачах із зонним записом, у яких лінійні щільності запису (вздовж доріжок) однакові на всіх циліндрах. У цьому випадку для нормального зчитування та запису величина повітряного просвіту між головкою та робочим шаром диска повинна залишатися постійною. Цю проблему можна вирішити, надавши поверхням повзунків спеціальну форму, що робиться в накопичувачах із зонним записом.

Конструкція каркасу з головками читання/запису

У накопичувачах на жорстких дисках кожної зі сторін кожного диска передбачена власна головка читання/запису. Усі головки змонтовані на загальному рухомому каркасі та переміщуються одночасно. Кожна головка встановлена ​​на кінці важеля, закріпленого на пружині і злегка притискає її до диска. Т.ч. диск як би затиснутий між парою головок (згори і знизу). На рис. 10 показана стандартна конструкція механізму приводу головок з рухомою котушкою.

Рис. 10. Головки читання/запису та поворотний привід з рухомою котушкою

Коли накопичувач вимкнено, головки стосуються дисків під дією пружин. При розкручуванні дисків аеродинамічний тиск під головками підвищується і вони відриваються від робочих поверхонь (злітають). Коли диск обертається на повній швидкості, проміжок між ним і головками може становити 0,5-5 мікродюймів (0,01-0,5 мкм) і навіть більше. Саме з цих міркувань складання блоків HDA виконується тільки в чистих приміщеннях, що відповідають вимогам класу 100 (або навіть вищим). Це означає, що в одному кубічному футі повітря може бути не більше 100 порошинок розміром до 0,5 мкм. (Для порівняння: людина, яка стоїть нерухомо, щохвилини видихає близько 500 таких частинок). Тому приміщення оснащуються спеціальними системами фільтрації та очищення повітря. Блоки HDA можна відкривати лише за таких умов. Підтримка таких стерильних умов коштує чималих грошей.

Існують інші способи створення стерильних умов. Наприклад, монтажний стіл відгороджують від навколишнього простору повітряною завісою, причому безпосередньо на робоче місце під тиском постійно подається очищене повітря.

Механізми приводу головок

Важливою деталлю накопичувача також є механізм, який встановлює їх у потрібне положення та називаєтьсяприводом головок. Саме з його допомогою головки переміщуються від центру до країв диска та встановлюються на заданий циліндр. Існує багато конструкцій механізмів приводу головок, але їх можна розділити на два основні типи:

• з кроковим двигуном;
• з рухомою котушкою.

Тип приводу багато в чому визначає швидкодію та надійність накопичувача, достовірність зчитування даних, його температурну стабільність, чутливість до вибору робочого стану та вібрацій. Накопичувачі з приводами на основі крокових двигунів набагато менш надійні ніж пристрої з приводами від рухомих котушок. Привід – найважливіша деталь накопичувача. У табл. ____ наведено два типи приводу головок накопичувача на жорстких дисках та показано залежність характеристик пристрою від конкретного типу приводу.

Таблиця. Залежність характеристик накопичувачів від типу приводу

Характеристика	Привід із кроковим двигуном	Привід із рухомою котушкою
Час доступу до даних	Велике	Мале
Стабільність температури	Низька (дуже!)	Висока
Чутливість до вибору робітника положення	Постійна	відсутній
	Виконується (не завжди)	Виконується
Профілактичне обслуговування	Періодичне переформатування	Не вимагається
Загальна надійність (відносна)	Низька	Висока

Отже, у накопичувачів із приводом на основі крокового двигуна Середня швидкістьдоступу до даних досить низька (тобто великий час доступу), вони чутливі до коливань температури та вибору робочого положення під час операцій читання та запису, в них не здійснюється автоматичне паркування головок (тобто переміщення їх на безпечну посадкову смугу) ” при вимиканні живлення). Крім того, зазвичай один або два рази на рік їх доводиться переформатувати, щоб привести реальне розташування зон запису у відповідність до розмітки заголовків секторів. Цілком очевидно, що накопичувачі з приводом головок від крокових двигунів завжди поступаються пристроям, в яких використовуються приводи з рухомими котушками.

У накопичувачах на гнучких дисках для переміщення головок використовується привод із кроковим двигуном. Його параметрів (у тому числі і точності) виявляється цілком достатньо для дисководів цього типу, оскільки щільність записів на гнучких дисках значно нижче (135 доріжок на дюйм), ніж у накопичувачах на жорстких дисках (більше 5 000 доріжок на дюйм).

Привід із кроковим двигуном

Кроковий двигун— це електродвигун, ротор якого може повертатися лише ступінчасто, тобто. на чітко визначений кут. Якщо покрутити його вал вручну, то можна почути тихі клацання (або тріск при швидкому обертанні), які виникають щоразу, коли ротор проходить чергове фіксоване положення. Крокові двигуни можуть встановлюватися лише у фіксованих положеннях. Розміри цих двигунів невеликі (порядка кількох сантиметрів), а форма може бути різною – прямокутною, циліндричною тощо. Кроковий двигун встановлюється поза блоком HDA, але його вал проходить всередину через отвір з прокладкою, що герметизує. Зазвичай двигун розташовується в одного з кутів корпусу накопичувача і можна легко впізнати.

Одна з найсерйозніших проблем, властивих механізмам із кроковими двигунами, — нестабільність їхньої температури. При нагріванні та охолодженні диски розширюються та стискаються, внаслідок чого доріжки зміщуються щодо своїх колишніх положень. Оскільки механізм приводу головок не дозволяє зрушити їх на відстань менше одного кроку (перехід на одну доріжку), компенсувати ці похибки температур неможливо. Головки переміщуються відповідно до поданої на кроковий двигун кількості імпульсів.

На рис. 11 показаний зовнішній вигляд приводу з кроковим двигуном.

Рис. 11. Зовнішній виглядприводу з кроковим двигуном

Привід із рухомою котушкою

Привід із рухомою котушкоювикористовується практично у всіх сучасних накопичувачах. На відміну від систем з кроковими двигунами, в яких переміщення головок здійснюється наосліп, у приводі з рухомою котушкою використовується сигнал зворотного зв'язку, щоб можна було точно визначити положення головок щодо доріжок та скоригувати їх у разі потреби. Така система дозволяє забезпечити більш високу швидкодію, точність та надійність, ніж традиційний привід із кроковим двигуном. Привід з рухомою котушкою працює за принципом електромагнетизму (за конструкцією він нагадує звичайний гучномовець, у якому рухома котушка, з'єднана з дифузором, може переміщатися у зазорі постійного магніту). У типовій конструкції приводу рухлива котушка жорстко з'єднується з блоком головок та розміщується в полі постійного магніту. Котушка та магніт ніяк не пов'язані між собою; Переміщення котушки здійснюється лише під впливом електромагнітних сил. При появі в котушці електричного струму вона так само, як і в гучномовці, зміщується відносно жорстко закріпленого постійного магніту, пересуваючи блок головки. Подібний механізм виявляється дуже швидкодіючим і менш шумним, як привід з кроковим двигуном.

На відміну від приводу з кроковим двигуном, у пристроях з рухомою котушкою немає заздалегідь зафіксованих положень. Натомість у них використовується спеціальна система наведення (позиціонування), яка точно підводить головки до потрібного циліндра (тому привід з рухомою котушкою може плавно переміщувати головки у будь-які положення). Ця система називається сервоприводом і відрізняється від раніше розглянутої тим, що для точного наведення (позиціонування) головок використовується сигнал зворотного зв'язку, що несе інформацію про реальне розташування доріжок і головок. Цю систему часто називають системою із зворотним зв'язком (або з автоматичним регулюванням).

Коливання температур не позначаються на точності роботи приводу з рухомою котушкою та зворотним зв'язком. При стисненні та розширенні дисків всі зміни їх розмірів відслідковуються сервоприводом, і положення головок (не визначені) коректуються належним чином. Для пошуку конкретної доріжки використовується заздалегідь записана на диску допоміжна інформація (сервокод) і в процесі роботи завжди визначається реальне положення на диску з урахуванням всіх відхилень температур. Оскільки сервокод зчитується безперервно, в процесі нагрівання накопичувача та розширення дисків, наприклад, головки відстежують доріжку та проблем зі зчитуванням даних не виникає. Тому привід з рухомою котушкою та зворотним зв'язком часто називають системою стеження за доріжками.

Механізми приводу головок з рухомою котушкою бувають двох типів, які відрізняються лише фізичним розташуванням магнітів та котушок:

•  лінійний;
•  поворотний.

Лінійний привід (Рис. 12) переміщає головки по прямій, строго вздовж лінії радіусу диска. Котушки розташовуються у зазорах постійних магнітів.

Рис. 12. Лінійний привід з рухомою котушкою

Головна перевага лінійного приводу у тому, що з його використанні не виникають азимутальные похибки, характерні поворотного привода. (Підазимутом розуміється кут між площиною робочого зазору головки та напрямком доріжки записи.) При переміщенні з одного циліндра на інший головки не повертаються та їх азимут не змінюється.

Однак лінійний привід має істотний недолік: його конструкція надто потужна. Щоб підвищити продуктивність накопичувача, потрібно знизити масу приводного механізму та самих головок. Чим легший механізм, тим більшепро льшими прискореннями він може переміщатися з одного циліндра на інший. Лінійні приводи набагато важчі за поворотні, тому в сучасних накопичувачах вони не використовуються.

Поворотний привід(див. рис. 10) працює за тим самим принципом, що і лінійний, але в ньому до рухомої котушки кріпляться кінці важелів головок. Під час руху котушки щодо постійного магніту важелі переміщення головок повертаються, пересуваючи головки до осі або країв дисків. Завдяки невеликій масі така конструкція може рухатися з великими прискореннями, що дозволяє значно скоротити час доступу до даних. Швидкому переміщенню головок сприяє і той факт, що плечі важелів робляться різними: те, на якому змонтовані головки, має ббільшу довжину.

До недоліків цього приводу слід віднести те, що головки при переміщенні від зовнішніх циліндрів до внутрішніх повертаються і кут між площиною магнітного зазору головки та напрямком доріжки змінюється. Саме тому ширина робочої зони диска (зони, в якій розташовуються доріжки) виявляється часто обмеженою (для того, щоб неминуче виникаючі азимутальні похибки залишалися в допустимих межах). В даний час поворотний привід використовується майже у всіх накопичувачах з рухомою котушкою.

Зворотній зв'язок

Для управління приводами з рухомою котушкою у різний час використовувалися три способи побудови петлі зворотного зв'язку:

• з допоміжним "клином";
• із вбудованими кодами;
• зі спеціалізованим диском.

Вони різняться технічною реалізацією, але, по суті, призначені для досягнення однієї й тієї ж мети: забезпечувати постійне коригування положення головок та їх наведення (позиціонування) на відповідний циліндр. Основні різницю між ними зводяться до того, яких ділянках поверхонь дисків записуються сервокоды.

За всіх способів побудови петлі зворотного зв'язку для її роботи необхідна спеціальна інформація (сервокод), яка записується на диск при його виготовленні. Зазвичай вона записується у так званомукоді Грея . У цій системі кодування при переході від одного числа до наступного або попереднього змінюється лише один двійковий розряд. При такому підході інформація зчитується і обробляється набагато швидше, ніж при звичайному двійковому кодуванні, і місцезнаходження голівки відбувається практично без затримки. Сервокоди записуються на диск під час збирання накопичувача і не змінюються протягом усього терміну його експлуатації.

Запис сервокодів виконується на спеціальному пристрої, в якому головки послідовно переміщуються на певні позиції, і в цих положеннях на диски записуються згадані вище коди. Для точної установки головок у пристроях використовується лазерний приціл, а відстані визначаються інтерференційним методом, тобто. з точністю до часток хвилі лазерного випромінювання. Оскільки переміщення головок в такому пристрої здійснюється механічно (без участі власного приводу накопичувача), всі роботи проводяться в чистому приміщенні або з відкритою кришкою блоку HDA, або через спеціальні отвори, які після закінчення сервокодів заклеюються герметизуючою стрічкою. Ви можете знайти ці заклеєні отвори на блоці HDA, причому на стрічці обов'язково буде написано, що відірвавши її, ви втратите право на гарантійне обслуговування.

Пристрої для запису сервокодів коштують дорого і часто призначаються для будь-якої конкретної моделінакопичувача. Деякі фірми, що займаються ремонтом накопичувачів, мають такі пристрої, тобто. можуть виконати перезапис сервокодів у разі пошкодження накопичувача. Якщо ж у ремонтній фірмі немає пристрою для запису сервокодів, то несправний накопичувач надсилається виробнику. При звичайних операціях зчитування та запису видалити сервокоди неможливо. Цього не можна зробити навіть за низькорівневого форматування.

Оскільки привід з рухомою котушкою відстежує реальне положення доріжок, помилки позиціонування, що виникають з часом накопичувачах з кроковим двигуном, в даних пристроях відсутні. На їхній роботі не позначається також розширення та стиснення дисків, що відбувається внаслідок коливань температур. У багатьох сучасних накопичувачах із приводом від рухомої котушки в процесі роботи через певні проміжки часу виконується температурне калібрування. Ця процедура полягає в тому, що всі головки по черзі переводяться з нульового на будь-який інший циліндр. При цьому за допомогою вбудованої схеми перевіряється, наскільки змістилася задана доріжка щодо свого положення в попередньому сеансі калібрування, і обчислюються необхідні поправки, які заносяться в оперативний пристрій, що запам'ятовує в самому накопичувачі. Згодом ця інформація використовується при кожному переміщенні головок, що дозволяє встановлювати їх з максимальною точністю.

У більшості накопичувачів температурне калібрування виконується через кожні 5 хв протягом першої півгодини після включення живлення, а потім через кожні 25 хв. Деякі користувачі вважають, що сталася помилка при зчитуванні даних, але насправді просто настав час чергового калібрування. Зауважимо, що ця процедура виконується у більшості сучасних інтелектуальних накопичувачів (IDE та SCSI), що в кінцевому підсумку дозволяє підводити головки до доріжок з максимально можливою точністю.

Однак у міру поширення програм мультимедіа подібні перерви у роботі накопичувачів стають на заваді. Справа в тому, що при виконанні калібрування припиняються всі обміни даними з накопичувачем, наприклад, зупиняється відтворення звукових або відеофрагментів. Тому фірми, що виробляють такі накопичувачі, розпочали випуск їх спеціальних A/V-модифікацій (A/V — Audio Visual), у яких початок чергового температурного калібрування затримується доти, доки не закінчиться поточний сеанс обміну даними.

Більшість нових моделей IDE-і SCSI-пристроїв належить до цього типу, тобто. Відтворення звукових та відеофрагментів не переривається процедурами калібрування.

До речі, про процедури, що виконуються накопичувачами автоматично: більшість пристроїв, що здійснюють автоматичне температурне калібрування, виконують також свипівання диска (sweep). Справа в тому, що, хоча головки не стосуються носія, вони розташовуються настільки близько до нього, що починає позначатися повітряне тертя. Незважаючи на свою порівняно малу величину, воно все ж таки може призвести до передчасного зносу поверхні диска в тому випадку, якщо головка постійно (або майже постійно) перебуватиме над однією і тією ж доріжкою. Щоб цього не сталося, виконується така процедура. Якщо головка занадто довго залишається нерухомою (тобто операції зчитування та запису не виконуються), вона автоматично переміщається на випадково вибрану доріжку, розташовану ближче до країв диска, тобто. в ту область, де лінійна швидкість диска максимальна, а отже повітряний просвіт між його поверхнею і головкою має найбільшу величину. Тимчасова затримка вибирається відносно невеликою (зазвичай 9 хв). Якщо після перекладу голівки диск знову виявиться "у просте" протягом того ж часу, то головка переміститься на іншу доріжку і т.д.

Допоміжний клин

Така система запису сервокодів використовувалася у перших накопичувачах з рухомою котушкою. Вся інформація, необхідна наведення (позиціонування) головок, записувалася в кодах Грея у вузькому секторі (“клині”) кожного циліндра безпосередньо перед індексною міткою. Індексна мітка означає початок кожної доріжки, тобто. допоміжна інформація записується в попередньому інтервалі, розташованому в кінці кожної доріжки. Ця ділянка необхідна для компенсації нерівномірності обертання диска та тактової частоти запису, і контролер диска зазвичай до нього не звертається. На рис. 13 продемонстрований спосіб запису сервокодів у допоміжному клині.

Рис.13. Допоміжний клин

Деяким контролерам необхідно повідомляти, що до них підключений накопичувач з допоміжним клином. В результаті вони коригують (зменшують) довжину секторів, щоб помістити область допоміжного клину. Найістотніший недолік подібної системи запису полягає в тому, що зчитування відбувається лише один раз при кожному звороті диска. Це означає, що у багатьох випадках для точного визначення та корекції положення головок диск повинен зробити кілька обертів. Недолік цей був очевидний з самого початку, тому подібні системи ніколи не були поширені, а зараз і зовсім не використовуються.

Вбудовані коди

Такий метод реалізації зворотного зв'язку є покращеним варіантом системи з допоміжним клином (рис. 14). У разі сервокоды записуються як початку кожного циліндра, а й перед початком кожного сектора. Це означає, що сигнали зворотного зв'язку надходять на схему приводу головок кілька разів протягом кожного оберту диска та головки встановлюються в потрібне положення набагато швидше. Ще одна перевага (у порівнянні з системою зі спеціалізованим диском) полягає в

тому, що сервокоди записуються на всіх доріжках, тому може бути скориговано положення кожної голівки (це стосується тих випадків, коли окремі диски накопичувачі нагріваються або охолоджуються по-різному або піддаються індивідуальним деформаціям).

Описаний спосіб запису сервокодів використовують у більшості сучасних накопичувачів. Як і в системах з допоміжним клином, вбудовані сервокоди захищені від стирання та будь-які операції запису блокуються, якщо головки опиняються над ділянками зі службовою інформацією. Тому навіть за низькорівневого форматування видалити сервокоди неможливо.

Система з вбудованими сервокодами працює краще, ніж з допоміжним клином, тому що службова інформація (сервокод) зчитується кілька разів за кожний оберт диска. Але цілком очевидно, що ще ефективнішою має бути система, в якій ланцюг зворотного зв'язку працюєбезперервно , тобто. сервокоди зчитуються постійно.

Рис. 14. Вбудовані сервокоди

Системи зі спеціалізованим диском

При реалізації даного способуСервокод записуються вздовж всієї доріжки, а не тільки один раз на її початку або на початку кожного сектора. Звичайно, якщо так вчинити з усіма доріжками накопичувача, то в ньому не залишиться місця для даних. Тому один бік одного з дисків виділяється виключно для запису сервокодів. Термінспеціалізований дискозначає, що одна сторона диска передбачена тільки для запису службової інформації (сервокод) і дані тут не зберігаються. Такий підхід на перший погляд може здатися досить марнотратним, але необхідно врахувати, що на жодній із сторін інших дисків сервокоди вже не записуються. Тому загальні втрати дискового просторувиявляються приблизно такими, як і при використанні системи вбудованих кодів.

При складанні накопичувачів зі спеціалізованим диском одна зі сторін певного диска вилучається з нормального використання операцій читання/запису; натомість на ній записується послідовність сервокодів, які надалі використовуються для точного позиціонування головок. Причому обслуговуюча сторона диска сервоголовка може бути переведена режим запису, тобто. Сервокод, як і у всіх розглянутих вище системах, неможливо стерти ні при звичайному запису даних, ні при форматуванні низького рівня. На рис. 15 наведена схема накопичувача зі спеціалізованим диском для сервокодів. Найчастіше верхня головка або одна з центральних головок призначена для зчитування сервокодів.

Рис. 15. Система зі спеціалізованим диском

Коли накопичувач надходить команда про переведення головок на конкретний циліндр, внутрішній електронний пристрій використовує отримані сервоголовкою сигнали для точного визначення положення всіх інших головок. У процесі руху головок номери доріжок постійно зчитуються з поверхні спеціалізованого диска. Коли під сервоголовкою опиняється доріжка, привід зупиняється. Після цього виконується точне налаштування положення головок і лише потім видається сигнал роздільної здатності запису. І хоча тільки одна головка (сервоголовка) використовується для зчитування сервокодів, решта всіх змонтовані на загальному жорсткому каркасі, тому якщо одна головка буде знаходитися над потрібним циліндром, то і всі інші теж.

Характерна ознака накопичувача зі спеціалізованим диском - непарна кількість головок. Практично у всіх накопичувачах великої ємності використовується описаний спосіб запису сервокодів, завдяки якому їх читання відбувається постійно, незалежно від положення головок. Це дозволяє досягти максимальної точності позиціонування головок. Існують також накопичувачі, в яких поєднуються обидва методи коригування положення головок: із вбудованими кодами та зі спеціалізованим диском. Проте такі накопичувачі трапляються рідко.

Автоматичне паркування головок

У разі вимкнення живлення важелі з головками опускаються на поверхні дисків. Накопичувачі здатні витримати тисячі "зльотів" та "посадок" головок, але бажано, щоб вони відбувалися на спеціально призначених для цього ділянках поверхні дисків, на яких не записуються дані. При цих зльотах і посадках відбувається знос (абразія) робочого шару, так як з-під головок вилітають "клуби пилу", що складаються з години.

тиц робочого шару носія; якщо ж під час зльоту або посадки відбудеться струс на-

копіювача, то ймовірність пошкодження головок та дисків суттєво зросте.

Однією з переваг приводу з рухомою котушкою єавтоматичне паркування головок. Коли живлення увімкнено, головки позиціонуються і утримуються в робочому положенні за рахунок взаємодії магнітних полів рухомої котушки та постійного магніту. При вимиканні живлення поле, що утримує головки над конкретним циліндром, зникає, і вони починають безконтрольно ковзати по поверхнях дисків, що ще не зупинилися, що може стати причиною пошкоджень. Для того щоб запобігти можливим пошкодженням накопичувача, поворотний блок головок приєднується до поворотної пружини. Коли комп'ютер увімкнено, магнітна взаємодія зазвичай перевищує пружність пружини. Але при відключенні живлення головки під впливом пружини переміщуються до зони паркування до того, як диски зупиняться.

Таким чином, щоб у накопичувачах із приводом від рухомої котушки привести в дію механізм паркування головок, досить просто вимкнути комп'ютер; ніякі спеціальні програми для цього не потрібні. У разі раптового зникнення живлення голівки паркуються автоматично.

Повітряні фільтри та акліматизація жорстких дисків

Майже у всіх накопичувачах на жорстких дисках використовується два повітряні фільтри: фільтр рециркуляції та барометричний фільтр. На відміну від змінних фільтрів, які встановлювалися у старих накопичувачах великих машин, вони розташовуються всередині корпусу та не підлягають заміні протягом усього терміну служби накопичувача.

У старих накопичувачах відбувалося постійне перекачування повітря зовні всередину пристрою і навпаки крізь фільтр, який потрібно було періодично міняти. В сучасних пристроївах від цієї ідеї відмовилися. Фільтр рециркуляції в блоці HDA призначений тільки для очищення внутрішньої "атмосфери" від невеликих частинок робочого шару носія, які, незважаючи на всі заходи, все ж таки обсипаються з дисків при зльотах і посадках головок (а також від будь-яких інших дрібних частинок, які можуть проникнути внутрішньо HDA). Оскільки накопичувачі персональних комп'ютерівгерметизовані й у них немає перекачування повітря зовні, можуть працювати навіть у умовах сильного забруднення навколишнього повітря (рис. 16).

Рис.16. Напрям повітряного потоку в корпусі HDA

Блок HDA герметичний не повністю. Зовнішнє повітря проникає всередину HDA крізь барометричний фільтр, оскільки це необхідно для вирівнювання тиску зсередини та зовні блоку. Саме тому, що жорсткі дискиє повністю герметичними пристроями, фірми-виробники вказують їм діапазон висот над рівнем моря, у якому зберігають працездатність (зазвичай від –300 до +3 000 м). У більш розрідженому повітрі просвіт між головками та поверхнями носіїв виявляється недостатнім. Вентиляційний отвір необхідно, щоб вирівняти тиск зовні та всередині пристрою, а забруднення всередині накопичувача перешкоджає барометричний фільтр, встановлений на цьому отворі. Фільтр здатний затримувати частинки розміром понад 0,3 мкм, що відповідає стандартам чистоти атмосфери усередині блоку HDA. У деяких пристроях використовуються більш щільні (тонкі) фільтри, що дозволяють затримувати ще дрібніші частинки. Існують повністю герметичні накопичувачі, але з повітрям усередині під тиском, подібні накопичувачі можуть працювати на будь-якій висоті і навіть в екстремальних умовах - витримувати струси, великі коливання температур. Такі накопичувачі призначені для військових та промислових цілей.

Барометричний фільтр не перешкоджає проникненню вологи всередину блоку HDA, тому через деякий час вологість повітря всередині блоку буде такою ж, як і зовні. Якщо волога почне конденсуватися всередині блоку HDA і в цей час буде увімкнено живлення комп'ютера, то виникнуть серйозні проблеми. В інструкціях з експлуатації більшості жорстких дисків наводяться таблиці або графіки їх акліматизації при зміні умов довкілля (температури та вологості).

Таблиця. Період акліматизації накопичувача

Початкова температура, °С	Час акліматизації, год
4	13
-1	15
-7	16
-12	17
-18	18
-23
-29	22
-34 І нижче	27

Особливо важливо дотримуватися цих умов при внесенні накопичувача з холоду в тепле приміщення, оскільки в такій ситуації конденсація вологи практично неминуча. Ця обставина насамперед повинні враховувати власники портативних систем із жорсткими дисками. Чим холодніше накопичувач, тим довше він повинен прогріватися перед увімкненням.

Двигун приводу дисків

Двигун, що призводить до обертання дисків, часто називають шпиндельним (spindle). Шпиндельний двигун завжди пов'язаний з віссю обертання дисків, жодні приводні ремені або шестерні для цього не використовуються. Двигун повинен бути безшумним: будь-які вібрації передаються дискам і можуть призвести до помилок під час зчитування та запису.

Частота обертання двигуна має бути строго визначеною. Зазвичай вона коливається від 7 200 до 10000-15000 об/хв або більше, а для її стабілізації використовується схема управління двигуном зі зворотним зв'язком (автопідстроювання), що дозволяє досягти бажаної точності. Таким чином, контроль за частотою обертання двигуна здійснюється автоматично, і ніякі пристрої, що дозволяють зробити це вручну, накопичувачах не передбачені. У описах деяких діагностичних програм говориться, що з допомогою можна виміряти частоту обертання дисків. Насправді, єдине, на що вони здатні, — це оцінити її можливе значення за тимчасовими інтервалами між моментами появи заголовків секторів. Виміряти частоту обертання за допомогою програми у принципі неможливо, для цього потрібні спеціальні прилади (тестери). Інформація про частоту обертання дисків не надсилається (і не повинна передаватися) через інтерфейс контролера жорсткого диска. Раніше її можна було оцінити, зчитуючи поспіль досить велику кількість секторів та вимірюючи часові інтервали, через які з'являється відповідна інформація. Але це мало сенс тільки тоді, коли всі диски розбивалися на однакове число секторів (17), а номінальна частота обертання становила 3 ​​600 об/хв.

Використання зонного запису, поява накопичувачів з різними номінальними частотами обертання, вбудовані буфери та кеш-пам'ять призводить до того, що програмно обчислити справжню частоту обертання дисків неможливо.

У більшості накопичувачів шпиндельний двигун знаходиться в нижній частині, під блоком HDA. Однак у багатьох сучасних пристроях він вбудовується всередину блоку HDA і є центральною частиною блоку дисків-носіїв. Така конструкція дозволяє, не змінюючи розміру накопичувача по вертикалі, збільшити кількість дискових пластин (платтерів) у блоці (у “стопці”).

Шпиндельний двигун споживає від 12-вольтного джерела живлення досить значну потужність. Вона зростає ще в 2-3 рази, порівняно зі стаціонарним значенням при розгоні (розкручуванні) дисків. Триває таке навантаження кілька секунд після увімкнення комп'ютера. Якщо в комп'ютері встановлено кілька накопичувачів, то, щоб не піддавати надмірному навантаженню блок живлення, можна спробувати організувати їхнє почергове включення. Затриманий запуск шпиндельного двигуна передбачений у більшості накопичувачів SCSI та IDE.

Плата керування

На платі керування монтуються електронні схемидля управління шпиндельним двигуном та приводом головок, а також для обміну даними з контролером (представленими у заздалегідь обумовленій формі). У накопичувачах IDE контролер встановлюється безпосередньо в накопичувачі, а SCSI можуть використовуватися додаткові плати розширення.

Досить часто несправності виникають над механічних вузлах накопичувачів, а платах управління. На перший погляд це твердження може здатися дивним, оскільки загальновідомо, що електронні вузли надійніші за механічні, проте факт залишається фактом. Тому багато несправних накопичувачів можна відремонтувати, замінивши плату керування або її елемент, а не весь пристрій. Ця можливість особливо приваблива тому, що ви зможете знову отримати доступ до даних, що записані в накопичувачі.

Примітка*. Докладніше про схему (платі) управління дивіться у лекціях.

Лицьова панель

У комплекти багатьох накопичувачів на жорстких дисках як необов'язкові елементи можуть входити лицьові панелі (рис. 17). Але на сьогоднішній день здебільшого лицьова панель є частиною корпусу комп'ютера, а не самого накопичувача.

Рис. 17 . Стандартна лицьова панель накопичувача на жорстких дисках

Кабелі та рознімання накопичувачів

У більшості накопичувачів на жорстких дисках передбачені щонайменше два типи роз'ємів: інтерфейсний роз'єм (або роз'єми) і роз'єм живлення (див. рис.18).

Рис. 18 Підключення жорсткого диска ATA (IDE)

Через інтерфейсні роз'єми (див. мал. 19, 20,21) передаються дані та команди в накопичувач і назад. Багато стандартів інтерфейсів передбачають підключення 1 кількох накопичувачів до одного кабелю (шині). Однак більшість сучасних пристроїв I D E (ATA), SATA та SCSI підключаються за допомогою одного кабелю.

Рис. 19. Зовнішній вигляд 40-контактного роз'єму інтерфейсного кабелю (шлейфу) ATA

Рис. 20. Схема уніфікованого 50-контактного роз'єму, що використовується для

підключення 2,5-дюймових дисководів ATA (позиції A, D, C, D – для підключення живлення)

Рис. 21, Зовнішній вигляд шлейфу (кабелю) типу ATA (IDE)

Роз'єм живлення накопичувачів на жорстких дисках мають 2D -Образну форму. Форма роз'єму виконує роль ключа і не дозволяє виконувати неправильне підключення. У більшості накопичувачів використовуються дві напруги живлення (5 і 12 В), але малогабаритним моделям, розробленим для портативних комп'ютерів, достатньо напруги 5 В. Як правило, від джерела в 12 В живиться схема управління шпиндельним двигуном і привод головок, а напруга 5 В надходить на електронні компоненти. Накопичувачі на жорстких дисках споживають більшу потужність, ніж дисководи для гнучких дисків. Тому, при підключенні кількох HDD слід визначиться із потужністю блоку живлення.

Споживання струму від джерела в 12 залежить від розмірів пристрою: що більше окремих платтерів входить у “пакет” і що більше діаметр кожного їх, тим більша потужність необхідна приведення їх у рух. Крім того, для більшої частоти обертання дисків необхідно також збільшувати потужність. Наприклад, споживана потужність для накопичувачів формату 3,5 дюйма в середньому приблизно в 2-4 рази менша, ніж для повнорозмірних пристроїв формату 5,25 дюйма. Деякі накопичувачі особливо малих форматів (2,5 та 1,8 дюйма) споживають лише близько 1 Вт електричної потужності.

Іноді на корпусі носія є затискач для заземлення, який необхідний для того, щоб забезпечити надійний контакт між загальним проводом накопичувача та корпусом системи. У комп'ютерах, де накопичувачі кріпляться безпосередньо до корпусу за допомогою металевих гвинтів, спеціальний провід заземлення не потрібен. У деяких комп'ютерах накопичувачі монтуються на пластмасових чи склотекстолітових напрямних, які, природно, електрично ізолюють корпус накопичувача від корпусу системи. У цьому випадку їх обов'язково потрібно з'єднати додатковим дротом, що підключається до згаданого затискача. При поганому заземленні накопичувача виникають збої у його роботі, помилки при зчитуванні та запису тощо.

Елементи конфігурації

При встановленні накопичувача в комп'ютер зазвичай необхідно переставити або вимкнути спеціальні перемички (джампери), інколи ж і навантажувальні резистори. Ці елементи конфігурації змінюються в залежності від інтерфейсу та від виробника накопичувача.

Перемикачі для дводискової конфігурації ATA (IDE)

Встановлення двох накопичувачів IDE в одному комп'ютері може виконуватись за допомогою одного або двох інтерфейсних шлейфів. Джампери конфігурації дозволяють визначити, як підключаються пристрої до IDE-контролеру.

У стандарті IDE передбачений спосіб організації спільної роботидвох послідовно підключених жорстких дисків. Статус жорсткого диска (первинний або вторинний) визначається шляхом перестановки наявної в ньому перемички з позначенням Master для первинного і Slave для вторинного, або подачею по одній з ліній інтерфейсу керуючого сигналу CSEL (Cable SELect - вибір кабелю).

При встановленні в системі лише одного жорсткого диска його контролер реагує на всі команди, що надходять від комп'ютера. Якщо жорстких дисків два (а отже, і два контролери), то команди надходять на обидва контролери одночасно. Їх треба налаштовувати так, щоб кожен жорсткий дискреагував лише на адресовані йому команди. Саме для цього і служить перемичка (перемикач) Master/Slave і сигнал CSEL, що управляє.

Більшість накопичувачів IDE можна конфігурувати так:

• первинний (один накопичувач);
• первинний (два накопичувачі);
• вторинний (два накопичувачі);
• вибір кабелю.

Кожному з контролерів двох жорстких дисків необхідно повідомити його статус первинний або вторинний. У більшості нових накопичувачів використовується тільки один перемикач (первинний/вторинний), а на деяких ще перемикач існування вторинного диска (slave present).

На рис. 22 показано розташування описаних перемикачів на задній частині накопичувача.

У деяких сучасних накопичувачах не можна встановлювати перемикачі, тобто. за умовчанням приймається певна конфігурація накопичувача. Усі необхідні для правильної роботиНакопичувачі положення перемикачів наводяться в документації до накопичувача.

Рис. 22. Перемикачі (джампери) накопичувача ATA (IDE)

1 В інтерфейсі SCSI допускається підключення до семи накопичувачів одного кабелю (Wide SCSI-2 підтримує до 15 пристроїв). У стандартах ST-506/412 або ESDI для даних та керуючих сигналів передбачені окремі роз'єми

2 Можуть бути, як і дисководи для гнучких дисків.

PAGE 16

Рис. 1. При пропусканні струму через провідник навколо нього утворюється магнітне поле

Батарея

Напрямок струму

Магнітні поля

оточують провідники

Рис. 4. Доріжки та сектори накопичувача на жорстких дисках

Рис. 5. Циліндр накопичувача на жорстких дисках

А також інші роботи, які можуть Вас зацікавити
46883.		Методи діагностування хворих на туберкулез легень	34.5 KB
	Діагностика (туберкулодіагностика) – метод вивчення інфікованості мікобактеріями туберкульозу, а також реактивності інфікованих або вакцинованих людей, заснований на застосуванні туберкулінових проб.
46884.		ТУБЕРКУЛЬОЗ ВНУТРІГРУДНИХ ЛІМФАТИЧНИХ вузлів	34.5 KB
	Туберкульоз внутрішньогрудних лімфатичних вузлів. пухлинними захворюваннямиі характеризується переважно гіперплазією лімфатичних вузлів та казеозом. При педіатричній службі, що добре працює, туберкульоз внутрішньогрудних лімфатичних вузлів частіше виявляють при обстеженні дитини або підлітка.
46886.		ШТУЧНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ БАЗИ	34.99 KB
	До категорії штучних технологічних баз відносяться також такі технологічні бази які з метою підвищення точності базування оброблюваної заготовки в пристосуванні попередньо обробляються з вищою точністю ніж це потрібно для готового виробу по кресленню. необхідні виключно з технологічних міркувань.
46887.		Особливості філософії Відродження. Людина як центральна проблема філософії епохи Відродження	35 KB
	Гуманізм є у цю епоху спосіб мислення де ідея блага людини оголошується головною метою соціального та культурного розвитку. Звернення до людини не просто аналіз його земного буття, а показник сутності людини у світі. Шлях творчої діяльності та творчості Особливого значення набуває не тільки духовна краса людини, але і її тілесна краса. Індивідуалізм як важлива установка при розгляді людини стає засобом обґрунтування його самоцінності необхідності звільнення від...
46888.		Метод проектів	35 KB
	Для комплексного вирішення завдань технологічного навчання використовуються різні методиу тому числі виконання творчих проектів метою яких є включення учнів до процесу перетворювальної діяльності від розробки ідеї до її здійснення. Виконуючи проекти школярі освоюють методи інноваційної творчої діяльності вчаться самостійно знаходити та аналізувати інформацію отримувати та застосовувати знання з різних галузей здобувати вміння та навички практичної роботи досвіду.
46889.		Планування майданчика з «нульовим» балансом земляних мас	35 KB
	Розроблення ґрунтів здійснюють з метою підготовки основи під будинки та споруди для зміни природного рельєфу місцевості. Процес розроблення ґрунту складається з трьох основних операцій: розроблення ґрунту його переміщення транспортування та укладання з ущільненням. Розроблення може виконуватися з метою створення виїмки та насипу. Під час виконання земляних робіт велике значення має транспортування ґрунту до місця його призначення.
46890.		ДОДАТКОВІ ОПОРНІ ПОВЕРХНІ	35.14 KB
	У подібних випадках технолог змушений використовувати додаткові опорні поверхні, що несуть на собі додаткові опорні точки понад шість теоретично необхідних. Додаткові опорні поверхні можуть бути природними. Прикладом використання додаткової опорної поверхні може бути токарна обробка довгого валу.
46891.		Державна галузева політика	36.67 KB
	Базовими видами оцінок основних засобів є: первісна відновна та залишкова вартість. Повна первісна вартість основних засобів підприємства є сумою фактичних витрат у діючих цінах на: придбання або створення засобів праці: зведення будівель та споруд купівлю транспортування установку та монтаж машин та обладнання та ін. За повною первісною вартістю основні засоби приймаються на баланс підприємства і вона залишається незмінною протягом усього терміну служби засобів праці та...

Вибір жорсткого диска для ПК є дуже відповідальним завданням. Адже він є основним сховищем як службової, так і особистої інформації. У цьому матеріалі ми поговоримо про ключові характеристики HDD, на які варто звернути увагу при покупці магнітного накопичувача.

Вступ

Купуючи комп'ютер, багато користувачів часто зосереджують увагу на характеристиках таких його комплектуючих, як монітор, процесор, відеокарта. А такий невід'ємний компонент будь-якого ПК, як жорсткий диск (у комп'ютерному сленгу - вінчестер), покупці нерідко купують, керуючись лише його обсягом, практично нехтуючи іншими важливими параметрами. Тим не менш, слід пам'ятати про те, що грамотний підхід до вибору жорсткого диска є однією з гарантій комфорту. подальшої роботиза комп'ютером, а також економії фінансових коштів, у яких ми так часто буваємо обмежені.

Жорсткий диск або накопичувач на жорстких магнтних дисках (НЖМД, HDD) є основним накопичувачем даних у більшості сучасних комп'ютерів, де зберігається як інформація, необхідна користувачеві, включаючи фільми, ігри, фотографії, музику, а й операційна система, і навіть все встановлені програми. Тому, власне, до вибору жорсткого диска для комп'ютера слід ставитись з належною увагою. Пам'ятайте, що при виході з експлуатації будь-якого елемента ПК його можна замінити. Єдиний негативний момент у цій ситуації – додаткові фінансові витрати на ремонт чи покупку нової деталі. А ось поломка жорсткого диска, крім непередбачених витрат, може призвести до втрати всієї вашої інформації, а також необхідності повторної установки операційної системи і всіх необхідних програм. Основною метою цієї статті є допомога початківцям користувачам ПК у виборі моделі жорсткого диска, яка найкраще відповідала вимогам, що пред'являються конкретними «користувачами» до комп'ютера.

Перш за все, вам слід чітко визначитися, в який комп'ютерний пристрій встановлюватиметься вінчестер і для реалізації яких цілей планується використовувати цей пристрій. З найбільш поширених завдань, ми можемо умовно розділити їх у кілька груп:

• Мобільний комп'ютер для загальних завдань (робота з документами, серфінг по просторах всесвітньої павутини, обробки даних та роботи з програмами).
• Продуктивний мобільний комп'ютер для ігор та ресурсомістких завдань.
• Настільний комп'ютер для офісних завдань;
• Продуктивний настільний комп'ютер(робота з мультимедіа, ігри, обробка аудіо, відео та зображень);
• Мультимедіа плеєр та сховище даних.
• Для збирання зовнішнього (портативного) накопичувача.

Відповідно до одного з наведених варіантів експлуатації комп'ютера можна почати підбирати за характеристиками відповідну модель жорсткого диска.

Форм-фактор

Форм-фактор – це фізичний розмір жорсткого диска. Сьогодні, більшість накопичувачів для домашніх комп'ютерів має ширину 2,5 чи 3,5 дюйма. Перші, які менші, призначені для встановлення в ноутбуки, другі – у стаціонарні системні блоки. Звичайно, за бажання 2,5-дюймовий диск можна встановити і в настільний ПК.

Існують і менші магнітні накопичувачі з розмірами 1,8”, 1” і навіть 0,85”. Але дані вінчестери поширені набагато менше і орієнтовані на специфічні пристрої типу ультра-компактних комп'ютерів (UMPC), цифрових камер, КПК та інше обладнання, де дуже важливі малі габарити і вага комплектуючих. Про них у цьому матеріалі ми не говоритимемо.

Чим менший розмір диска, тим він легший і тим менше потрібне живлення для його роботи. Тому вінчестери форм-фактора 2,5” майже повністю замінили 3,5-дюймові моделі. зовнішніх накопичувачах. Адже для роботи великих зовнішніх дисківпотрібне додаткове живлення від електричної розетки, тоді як молодший побратим задовольняється лише живленням від портів USB. Так що якщо ви вирішили самостійно зібрати портативний накопичувач, то краще для цього використовувати HDD розміром 2,5-дюйма. Це буде легше і компактніше рішення, та й блок живлення із собою тягати не доведеться.

Що ж до установки 2,5-дюймових дисків у стаціонарний системний блок, Таке рішення виглядає неоднозначним. Чому? Читайте далі.

Ємність

Однією з головних характеристик будь-якого накопичувача (у цьому плані вінчестер - не виняток) є його ємність (або об'єм), яка сьогодні у деяких моделей досягає вже чотирьох терабайт (в одному робіть 1024 Гб). Ще якихось 5 років тому подібний обсяг міг здатися фантастикою, проте нинішні збірки ОС, сучасне програмне забезпечення, відео та фотографії високої роздільної здатності, а також тривимірні комп'ютерні відеоігри, маючи досить солідну «вагу», потребують великої ємності вінчестера. Так, деяким сучасним іграм для нормального функціонування необхідно 12 і навіть більше гігабайт вільного просторуна жорсткому диску, а півторагодинний фільм HD-якості може вимагати для зберігання понад 20 Гб.

На сьогоднішній день ємність 2,5-дюймових магнітних носіїв коливається від 160 Гб до 1,5 Тб (найпоширеніші обсяги: 250 Гб, 320 Гб, 500 Гб, 750 Гб та 1 Тб). Диски розміром 3,5” для десктопів більш ємні і можуть зберігати від 160 Гб до 4 Тб даних (найпоширеніші обсяги: 320 Гб, 500 Гб, 1 Тб, 2 Тб та 3 Тб).

При виборі ємності HDD врахуйте одну важливу деталь - що більший обсяг жорсткого диска, то нижча ціна 1 Гб зберігання інформації. Наприклад, десктопний вінчестер на 320 Гб коштує 1600 рублів, на 500 Гб – 1650 рублів, а на 1 Тб – 1950 рублів. Вважаємо: у першому випадку вартість гігабайта зберігання даних становить 5 рублів (1600/320 = 5), у другому – 3,3 рубля, а в третьому – 1,95 руб. Звичайно, така статистика не означає, що треба обов'язково купувати диск дуже великої ємності, але в даному прикладі добре видно, що покупка 320-гігабайтного диска недоцільна.

Якщо ви плануєте використовувати комп'ютер в основному для вирішення офісних завдань, то вам вистачить вінчестера ємністю 250 - 320 Гб, а то й менше, якщо, звичайно, немає необхідності в зберіганні на комп'ютері величезних за обсягом архівів документації. В той же час, як ми зазначали вище, покупка жорсткого диска обсягом нижче 500 Гб невигідна. Заощадивши від 50 до 200 рублів, у результаті ви отримуєте дуже високу вартість одного гігабайта зберігання даних. При цьому цей факт стосується дисків обох форм-факторів.

Хочете зібрати ігровий або мультимедійний ПК для роботи з графікою та відео, плануєте завантажувати на жорсткий диск нові фільми та музичні альбоми у великій кількості? Тоді жорсткий диск краще вибирати об'ємом не менше ніж 1 Тб для настільного ПК і не менше ніж 750 Гб для мобільного. Але, зрозуміло, остаточний розрахунок ємності вінчестера повинен відповідати конкретним потребам користувача й у разі ми даємо лише рекомендації.

Окремо варто відзначити системи для зберігання даних (NAS) і мультимедіа плеєри, що стали популярними. Як правило, в таке обладнання встановлюються великі диски 3,5”, бажано об'ємом не менше 2 Тб. Адже дані пристрої орієнтовані зберігання великих обсягів даних, отже, вінчестери, встановлювані у яких, мають бути ємними з найнижчою ціною зберігання 1 Гб інформації.

Геометрія диска, пластини та щільність запису

При виборі жорсткого диска не слід сліпо орієнтуватися тільки на його загальну ємність, за принципом «чим більше, тим краще». Існують й інші важливі характеристики, серед яких: щільність запису та кількість пластин, що використовуються. Адже від цих факторів безпосередньо залежить не тільки обсяг вінчестера, а й швидкість запису/зчитування даних.

Зробимо невеликий відступ і скажемо кілька слів про конструктивні особливості сучасних накопичувачів на жорстких магнітних дисках. Запис даних у них складає алюмінієві чи скляні диски, званими пластинами, які покриті феромагнітної плівкою. За запис і зчитування даних з однієї з тисяч концентричних доріжок, розташованих на поверхні пластин, відповідають голки, що зчитують, що розміщуються на спеціальних поворотних кронштейнах-позиціонерах, іноді званих «коромислами». Ця процедура відбувається без прямого (механічного) контакту між диском та головкою (вони знаходяться на відстані близько 7-10 нм один від одного), що забезпечує захист від можливих пошкоджень та тривалий термін служби пристрою. Кожна пластина має дві робочі поверхні та обслуговується двома головками (по одній на кожну сторону).

Для створення адресного простору поверхня магнітних дисків поділяється на безліч кільцевих областей, званих доріжками. У свою чергу, доріжки діляться на рівні відрізки - сектори. Через таку кільцеву структуру, геометрія пластин, а точніше їх діаметр впливає на швидкості читання та запису інформації.

Ближче до зовнішнього краю диска доріжки мають більший радіус (велику довжину) і вміщують більшу кількість секторів, а значить, і більшу кількість інформації, яку можна вважати пристроєм за один оборот. Тому, на зовнішніх доріжках диска швидкість передачі даних більша, так як головка, що зчитує, в даній області долає за певний часовий проміжок більшу відстань, ніж на внутрішніх доріжках, які знаходяться ближче до центру. Таким чином, диски діаметром, рівним 3,5 дюйми, відрізняються більш високою продуктивністю, ніж диски, у яких ця величина становить 2,5 дюйми.

Всередині жорсткого диска може розташовуватися відразу кілька пластин, кожну з яких можна записати певний максимальний обсяг даних. Власне, цим і визначається щільність запису, яка вимірюється в гігабітах на квадратний дюйм (Гбіт/дюйм 2) або в гігабайтах на пластину (Гб). Чим більша ця величина, тим більше інформації міститься на одній доріжці пластини, і тим швидше здійснюється запис, а також подальше зчитування інформаційних масивів (незалежно від швидкості обертання дисків).

Сумарний обсяг вінчестера складається з ємностей кожної з поміщених у нього пластин. Наприклад, перший комерційний накопичувач ємністю 1000 Гб (1Тб), що з'явився в 2007 році, мав цілих 5 пластин щільністю по 200 Гбайт кожна. Але технологічний прогрес не стоїть на місці і в 2011 році завдяки вдосконаленню технології перпендикулярного запису компанія Hitachi представила першу пластину ємністю 1 Тб, які повсюдно використовуються в сучасних жорстких дисках великого обсягу.

Зменшення кількості пластин у жорстких дисках несе в собі цілу низку важливих переваг:

• Зниження часу зчитування даних;
• Зниження енергоспоживання та тепловиділення;
• Підвищення надійності та відмовостійкості;
• Зменшення маси та товщини;
• Зниження собівартості.

На сьогоднішній день на комп'ютерному ринку одночасно є моделі жорстких дисків, в яких використовуються пластини з різними щільностями запису. Це означає, що вінчестери того самого обсягу можуть мати зовсім різну кількість пластин. Якщо ви шукаєте найбільш ефективне рішення, то краще вибирати HDD з найменшою кількістю магнітних пластин і високою щільністю запису. Але проблема в тому, що практично в жодному комп'ютерному магазині в описах характеристик дисків значення вищеописаних параметрів ви не знайдете. Більше того, ця інформація часто відсутня навіть на офіційних веб-сайтах виробників. У підсумку, для звичайних рядових користувачів ці характеристики далеко не завжди є визначальними при виборі жорсткого диска, через свою важкодоступність. Тим не менш, перед покупкою ми рекомендуємо обов'язково розшукати значення даних параметрів, що дозволить підібрати вінчестер з найбільш сучасними і просунутими характеристиками.

Швидкість обертання шпинделя

Швидкодія жорсткого диска залежить не тільки від щільності запису, але і від швидкості обертання магнітних дисків, розміщених у ньому. Всі пластини, що знаходяться всередині вінчестера, жорстко кріпляться до його внутрішньої осі, званої шпинделем, і обертаються разом з нею, як єдине ціле. Чим швидше обертатиметься пластина, тим швидше знайдеться сектор, який слід прочитати.

У стаціонарних домашніх комп'ютерах знаходять застосування моделі жорстких дисків, мають робочу частоту обертання 5400, 5900, 7200, чи 10000 оборотів на хвилину. Пристрої зі швидкістю обертання шпинделя, що становить 5400 об/хв, зазвичай функціонують тихіше своїх високошвидкісних конкурентів і мають менше тепловиділення. Вінчестери з вищими оборотами, у свою чергу, відрізняються кращою продуктивністю, але при цьому більш енерговитратні.

Для звичайного офісного ПК буде достатньо накопичувача, у якого швидкість обертання шпинделя дорівнює 5400 об/хв. Також такі диски добре підходять для установки в мультимедійні плеєри або сховища даних, де важливу роль відіграє не стільки швидкість передачі інформації, скільки знижене енергоспоживання та тепловиділення.

В інших випадках, у переважній більшості, використовуються диски зі швидкістю обертання пластин 7200 об/хв. Це як комп'ютерів середнього, і топового класу. Використання HDDзі швидкістю обертання 10000 об/хв зустрічається порівняно рідко, так як такі моделі вінчестерів є дуже галасливими та мають досить високу вартість зберігання одного гігабайта інформації. Більш того, останнім часом, користувачі все частіше вважають за краще використовувати замість продуктивних магнітних дисків, твердотільні накопичувачі.

У мобільному секторі, де панують 2,5-дюймові диски, найбільш поширеною швидкістю обертання шпинделя є 5400 об/хв. Це і не дивно, тому що для портативних пристроїв важливе невелике енергоспоживання та низький рівень нагрівання деталей. Але не забули і про власників продуктивних ноутбуків - на ринку існує великий вибір моделей зі швидкістю обертання 7200 об/хв і навіть кілька представників сімейства VelociRaptor зі швидкістю обертання 10000 об/хв. Хоча доцільність застосування останніх навіть у найпотужніших мобільних ПК перебуває під великим сумнівом. На наш погляд, у разі потреби встановлення дуже швидкої дискової підсистеми, тут краще звернути увагу на жорсткі накопичувачі.

Інтерфейс підключення

Майже всі сучасні моделі, як маленьких, і великих жорстких дисків підключаються до системним плат персональних комп'ютерів з допомогою послідовного інтерфейсу SATA (Serial ATA). Якщо ж у вас старий комп'ютер, то можливий варіант підключення за допомогою паралельного інтерфейсу PATA (IDE). Але врахуйте, що асортимент таких вінчестерів у магазинах на сьогоднішній день дуже мізерний, тому що їх виробництво практично повністю припинено.

Що ж до інтерфейсу SATA, то тут на ринку представлено 2 варіанти дисків: підключення через шину SATA II або SATA III. У першому варіанті максимальна швидкість передачі між диском і оперативної пам'яттю може становити 300 Мбайт/с ( пропускна спроможністьшини до 3 Гбіт/с), тоді як у другому - 600 Мбайт/с (пропускна здатність шини до 6 Гбіт/c). Також у інтерфейсу SATA III варто відзначити дещо покращене керування живленням.

Насправді, для будь-яких класичних жорстких дисків «за очі» вистачає пропускну здатність інтерфейсу SATA II. Адже навіть у найпродуктивніших моделей HDD швидкістьЧитання даних із пластин ледь перевищує показник 200 Мбайт/c. Інша справа - твердотільні накопичувачі, де дані зберігаються не на магнітних пластинах, а у флеш-пам'яті, швидкість зчитування з якої в рази більша і може досягати величин понад 500 Мбайт/c.

Слід зазначити, що у всіх версіях інтерфейсу SATA збережена сумісність між собою лише на рівні протоколів обміну, роз'ємів і кабелів. Тобто вінчестер з інтерфейсом SATA III можна спокійно підключити до материнської плати через роз'єм SATA I, щоправда, максимальна пропускна здатність диска обмежиться можливостями більш старої ревізії і становитиме 150 Мбайт/с.

Буферна пам'ять (Кеш)

Буферна пам'ять – це швидка проміжна пам'ять (зазвичай стандартний тип оперативної пам'яті), що служить для нівелювання (згладжування) різниці між швидкостями читання, запису та передачі за інтерфейсом даних під час роботи диска. Кеш вінчестера може бути використаний для зберігання останніх лічених даних, але ще не переданих для обробки або даних, які можуть бути запитані повторно.

У попередньому розділі ми вже відзначали різницю між продуктивністю жорсткого диска та пропускною здатністю інтерфейсу. Саме цим фактом і зумовлено необхідність транзитного сховища у сучасних вінчестерах. Таким чином, поки відбувається запис або зчитування даних з магнітних пластин, система для своїх потреб може використовувати інформацію, що зберігається в кеші, не простоюючи в очікуванні.

Величина буфера обміну сучасних жорстких дисків, виконаних у форм-факторі 2,5”, може бути 8, 16, 32 або 64 Мб. У старших 3,5-дюймових побратимів максимальне значення буферної пам'яті досягає 128 Мб. У мобільному секторі найбільш поширені диски з кешем 8 та 16 Мб. Серед вінчестерів для настільних ПК найпоширенішими обсягами буфера є 32 та 64 Мб.

Чисто теоретично, кеш більшого розміру повинен забезпечувати дискам більшу продуктивність. Але на практиці це далеко не завжди так. Існують різні операції з диском, за яких буфер обміну практично не впливає на продуктивність вінчестера. Наприклад, це може відбуватися при послідовному читанні даних з поверхні пластин або під час роботи з файлами великого розміру. Крім цього, на ефективність роботи кешу впливають алгоритми, здатні запобігати помилкам при роботі з буфером. І тут диск з більш маленьким кешем, але просунутими алгоритмами його роботи, може виявитися продуктивнішим за конкурента, що має більший буфер обміну.

Таким чином, гнатися за максимальним обсягом буферної пам'яті не варто. Тим більше, якщо за велику ємність кешу потрібно відчутно переплачувати. До того ж, виробники намагаються самі оснащувати свої продукти найефективнішим обсягом кешу, виходячи з класу та характеристик певних моделей дисків.

Інші характеристики

На закінчення давайте коротко розглянемо деякі характеристики, які вам можуть попатися в описах жорстких дисків.

Надійність або середній час напрацювання на відмову ( MTBF) - Середня тривалість роботи вінчестера до його першої поломки або виникнення потреби у ремонті. Вимірюється зазвичай у годиннику. Цей параметр дуже важливий для дисків, що використовуються в серверних станціях або файлових сховищах, а також у складі RAID-масивів. Як правило, у спеціалізованих магнітних накопичувачів середній час напрацювання становить від 800 000 до 1 000 000 годин (наприклад, диски серії RED у компанії WD або серії Constellation у компанії Seagate).

Рівень шуму - шум, який створюється елементами жорсткого диска під час його роботи. Вимірюється у децибелах (дБ). В основному складається з шуму, що виникає при позиціонуванні головок (потріскування) та шуму від обертання шпинделя (шелест). Як правило, чим менша швидкість обертання шпинделя, тим тихіше працює вінчестер. Тихий жорсткий диск можна назвати, якщо його рівень шуму становить нижче 26 дБ.

Споживання енергії - важливий параметр для дисків, що встановлюються в мобільні пристрої, де цінується великий час автономної роботи. Також від споживання енергії безпосередньо залежить і тепловиділення вінчестера, що так само важливо для портативних ПК. Зазвичай рівень споживання енергії вказується виробником на кришці диска, але сліпо довіряти цим цифрам не варто. Дуже часто вони далекі від дійсності, тому якщо ви дійсно хочете з'ясувати енергоспоживання тієї чи іншої моделі диска, то краще пошукати в інтернеті результати незалежних тестувань.

Час довільного доступу - середній час, за який виконується позиціонування головки диска, що зчитує, над довільною ділянкою магнітної пластини, що вимірюється в мілісекундах. Дуже важливий параметр, що впливає на продуктивність вінчестера загалом. Чим менший час позиціонування, тим швидше на диск будуть записані або зчитані дані. Може становити від 2,5 мс (у деяких моделей серверних дисків) до 14 мс. У середньому сучасні диски для персональних комп'ютерів цей параметр коливаються від 7 до 11 мс. Хоча зустрічаються і дуже швидкі моделі, наприклад WD Velociraptor із середнім часом довільного доступу 3,6 мс.

Висновок

На закінчення хотілося б сказати кілька слів про все більш набирають популярність гібридних магнітних накопичувачів (SSHD). Пристрої подібного типу поєднують у собі звичайний жорсткий диск (HDD) і твердотільний накопичувач (SSD) невеликого розміру, який виступає як додаткова кеш-пам'ять. Таким чином, розробники намагаються використовувати разом основні переваги двох технологій – велику ємність магнітних пластин та швидкодію флеш-пам'яті. При цьому вартість гібридних дисків набагато нижча, ніж у новомодних SSD, і трохи вище, ніж у стандартних HDD.

Незважаючи на перспективність цієї технології, поки що накопичувачі SSHD на ринку жорстких дисків представлені дуже слабко лише невеликою кількістю моделей у форм-факторі 2,5 дюйми. Найбільшу активність у цьому сегменті виявляє компанія Seagate, хоча конкуренти Western Digital (WD) та Toshiba так само вже представили свої гібридні рішення. Все це залишає надії, що ринок SSHD жорстких дисків буде розвиватися, і ми найближчим часом побачимо у продажу нові моделі подібних пристроїв не тільки мобільних комп'ютерів, але для настільних ПК.

На цьому ми закінчуємо огляд, де ми розглянули всі основні характеристики комп'ютерних жорстких дисків. Сподіваємося, що виходячи з цього матеріалу, ви зможете підібрати собі вінчестер для будь-яких цілей із відповідними оптимальними параметрами.

У НЖМД використовується від однієї до кількох пластин однієї осі. Зчитувальні голівки в робочому режимі не стосуються поверхні пластин завдяки прошарку потоку повітря, що набігає, утвореного біля поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою та диском становить кілька нанометрів (у сучасних дисках 5-10 нм), а відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. При відсутності обертання дисків, головки знаходяться біля шпинделя або поза диском у безпечній зоні, де виключено їхній нештатний контакт з поверхнею дисків.

Назва «Вінчестер»

За однією з версій назву «вінчестер» накопичувач отримав завдяки фірмі 1973 випустила жорсткий диск моделі 3340, що вперше об'єднав в одному нероз'ємному корпусі пластини диска і головки, що зчитують. При його розробці інженери використовували коротку внутрішню назву «30-30», що означало два модулі (у максимальній компоновці) по 30 Мб кожен. Кеннет Хотон, керівник проекту, за співзвуччю з позначенням популярної мисливської рушниці Winchester 30-30 запропонував назвати цей диск вінчестером.

Характеристики

Фізичний розмір (форм-фактор)(Англ. dimension) - майже всі сучасні (-2008 року) накопичувачі для персональних комп'ютерів та серверів мають розмір або 3,5 або 2,5 дюйма. Останні найчастіше застосовуються в ноутбуках. Також отримали поширення формати - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено виробництво накопичувачів у формфакторах 8 та 5,25 дюймів.

Час довільного доступу(Англ. random access time) – час, за який вінчестер гарантовано виконає операцію читання або запису на будь-якій ділянці магнітного диска. Діапазон цього параметра невеликий від 2,5 до 16 мс, як правило, мінімальний час мають серверні диски (наприклад, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс), найбільшим з актуальних - диски для портативних пристроїв (Seagate Momentus 5400.3 - 12, 5).

Швидкість обертання шпинделя(Англ. spindle speed) - кількість обертів шпинделя за хвилину. Від цього параметра значною мірою залежать час доступу та швидкість передачі даних. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 та 7200 (ноутбуки), 7200 та 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 та 15 000 об/хв (сервери та високопродуктивні робочі станції).

Виробники

Більшість всіх вінчестерів виробляються всього кількома компаніями: Seagate, Western Digital, Samsung, а також раніше належали Hitachi. Fujitsu продовжує випускати жорсткі диски для ноутбуків у 2001 році. Maxtor. У 2006 році відбулося злиття Seagate та Maxtor. У 1990-х років існувала компанія Conner, яку купила Seagate. У першій половині 1990-х існувала ще фірма Micropolice, яка робила дуже дорогі диски premium-класу. Але при випуску перших у галузі вінчестерів на 7200 об/хв нею були використані неякісні підшипники головного валу, поставлені фірмою Nidek, і Micropolice зазнала фатальних збитків на поверненнях, розорилася і була на корені куплена тієї ж Seagate.

Пристрій

Жорсткий диск складається з гермозони та блоку електроніки.

Гермозона

Гермозона включає корпус з міцного сплаву, власне диски (пластини) з магнітним покриттям, блок головок з пристроєм позиціонування, електропривод шпинделя .

Блок головок - пакет важелів із пружної сталі (по парі на кожен диск). Одним кінцем вони закріплені на осі поруч із краєм диска. На інших кінцях (над дисками) закріплені голівки.

Диски (пластини), як правило, виготовлені із металевого сплаву. Хоча були спроби робити їх із пластику і навіть скла, але такі пластини виявилися крихкими та недовговічними. Обидві площини пластин, подібно до магнітофонної стрічки, покриті найтоншим пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад та технологія нанесення тримаються в секреті. Більшість бюджетних пристроїв містить 1 або 2 пластини, але є моделі з великим числом пластин.

Диски жорстко закріплені на шпинделі. Під час роботи шпиндель обертається зі швидкістю кілька тисяч обертів за хвилину (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). За такої швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, який піднімає головки і змушує їх ширяти над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб під час роботи забезпечити оптимальну відстань від пластини. Поки диски не розігналися до швидкості, необхідної для зльоту головок, паркувальний пристрій утримує головки в зоні паркування. Це запобігає пошкодженню головок та робочої поверхні пластин.

Пристрій позиціонування головок складається з нерухомої пари сильних, як правило неодимових, магнітів постійних і котушки на рухомому блоці головок.

Всупереч поширеній думці, всередині гермозони немає вакууму. Одні виробники роблять її герметичною (звідси і назва) і заповнюють очищеним та осушеним повітрям або нейтральними газами, зокрема азотом; а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву чи пластикову мембрану. (У такому разі всередині корпусу жорсткого диска передбачається маленька кишеня для пакетика силікагелю, який абсорбує водяну пару, що залишилася всередині корпусу після його герметизації). Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір із фільтром, здатним затримувати дуже дрібні (кілька мікрометрів) частинки. Однак у цьому випадку вирівнюється вологість, а також можуть проникнути шкідливі гази. Вирівнювання тиску необхідно, щоб запобігти деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску та температури, а також при прогріванні пристрою під час роботи.

Пилинки, що опинилися при складанні в гермозоні і потрапили на поверхню диска, при обертанні зносяться ще на один фільтр - пиловловлювач.

Низькорівневе форматування

На заключному етапі складання пристрою поверхні пластин форматуються – на них формуються доріжки та сектори.

Ранні «вінчестери» (подібно до дискет) містили однакову кількість секторів на всіх доріжках. На пластинах сучасних вінчестерів доріжки згруповані в кілька зон. Усі доріжки однієї зони мають однакову кількість секторів. Однак, на кожній доріжці зовнішньої зони секторів більше, і чим зона ближче до центру, тим менше секторів припадає на кожну доріжку зони. Це дозволяє досягти більш рівномірної щільності запису і, як наслідок, збільшення ємності пластини без зміни технології виробництва.

Кордони зон та кількість секторів на доріжку для кожної зони зберігаються у ПЗУ блоку електроніки.

Крім того, насправді на кожній доріжці є додаткові резервні сектори. Якщо якомусь секторі виникає невиправна помилка, цей сектор може бути підмінений резервним (англ. remaping). Звичайно, дані, що зберігалися в ньому, швидше за все будуть втрачені, але ємність диска не зменшиться. Існує дві таблиці перепризначення: одна заповнюється на заводі, інша у процесі експлуатації.

Таблиці перепризначення секторів також зберігаються у ПЗП блоку електроніки.

Під час операцій звернення до «вінчестера» блок електроніки самостійно визначає, до якого фізичного сектора слід звертатися і де він знаходиться (з урахуванням зон та перепризначень). Тому з боку зовнішнього інтерфейсу вінчестер виглядає однорідним.

У зв'язку з вищевикладеним існує дуже живуча легенда у тому, що коригування таблиць перепризначення і зон може збільшити ємність жорсткого диска. І тому існує маса утиліт, але практично виявляється, що й приросту і вдається домогтися, то незначного. Сучасні диски настільки дешеві, що подібне коригування не варте витрачених на це ні сил, ні часу.

Блок електроніки

У ранніх жорстких дисках управляюча логіка була винесена на MFM або RLL контролер комп'ютера, а плата електроніки містила лише модулі аналогової обробки та управління шпиндельним двигуном, позиціонером та комутатором головок. Збільшення швидкостей передачі даних змусило розробників зменшити до межі довжину аналогового тракту, і в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить: керуючий блок, постійний пристрій, що запам'ятовує (ПЗУ), буферну пам'ять, інтерфейсний блок і блок цифрової обробки сигналу .

Інтерфейсний блок забезпечує пару електроніки жорсткого диска з рештою системи.

Блок управління є систему управління , приймаючу електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє управляючі впливу приводом типу «звукова котушка», комутації інформаційних потоків з різних головок, управління роботою решти вузлів (наприклад, управління швидкістю обертання шпинделя).

Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління та цифрової обробкисигналу, а також службову інформацію вінчестера.

Буферна пам'ять згладжує різницю швидкостей інтерфейсної частини та накопичувача (використовується статична пам'ять, що швидко діє). Збільшення розміру буферної пам'яті в деяких випадках дозволяє збільшити швидкість накопичувача.

Блок цифрової обробки сигналу здійснює очищення ліченого аналогового сигналу та його декодування (витяг цифрової інформації). Для цифрової обробки застосовуються різні методи, наприклад, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальна правдоподібність при неповному відгуку). Здійснюється порівняння прийнятого сигналу із зразками. При цьому вибирається зразок найбільш схожий за формою та тимчасовими характеристиками з сигналом, що декодується.

Технології запису даних

Принцип роботи жорстких дисків подібний до роботи магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається відносно головки, що зчитує (наприклад, у вигляді котушки індуктивності з зазором в магнітопроводі). При подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку головки, змінне магнітне поле, що виникає, із зазору головки впливає на феромагнетик поверхні диска і змінює напрямок вектора намагніченості доменів в залежності від величини сигналу. При зчитуванні переміщення доменів біля зазору головки призводить до зміни магнітного потоку в магнітопровод головки, що призводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці через ефект електромагнітної індукції.

Останнім часом для зчитування застосовують магніторезистивний ефект та використовують у дисках магніторезистивні головки. Вони, зміна магнітного поля призводить до зміни опору, залежно від зміни напруженості магнітного поля. Подібні голівки дозволяють збільшити можливість достовірності зчитування інформації (особливо при великих щільності запису інформації).

Метод перпендикулярного запису

Метод перпендикулярного запису - це технологія, коли біти інформації зберігаються у вертикальних доменах. Це дозволяє використовувати сильніші магнітні поля і знизити площу матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису у сучасних зразків – 15-23 Гбіт/см², надалі планується довести густину до 60-75 Гбіт/см².

Жорсткі диски з перпендикулярним записом доступні на ринку з 2005 року.

Метод теплового магнітного запису

Метод теплового магнітного запису (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR ) на Наразінайперспективніший із існуючих, зараз він активно розробляється. При використанні цього методу використовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дрібні області його поверхні. Після того, як диск охолоджується, намагніченість закріплюється. На ринку ЖД даного типу поки не представлені (на 2009 рік), є лише експериментальні зразки, але їхня щільність вже перевищує 150 Гбіт/см². Розробка HAMR-технологій ведеться вже досить давно, проте експерти досі розходяться в оцінках максимальної густини запису. Так, компанія Hitachi називає межу 2,3-3,1 Тбіт/см², а представники Seagate Technology припускають, що вони зможуть довести щільність запису HAMR-носії до 7,75 Тбіт/см². Широкого поширення цієї технології слід очікувати після 2010 року.

Порівняння інтерфейсів

хаби Вікіпедія

НЖМД об'ємом 45 Мб 1980 х років випуску, і 2000 х років випуску Модуль оперативної пам'яті, вставлений у материнську плату Комп'ютерна пам'ять (пристрій зберігання інформації, пристрій) частина обчислювальної машини, фізична…

НЖМД об'ємом 45 Мб 1980 х років випуску, і 2000 х років випуску Модуль оперативної пам'яті, вставлений у материнську плату Комп'ютерна пам'ять (пристрій зберігання інформації, пристрій) частина обчислювальної машини, фізична…

НЖМД об'ємом 44 Мб 1980 х років випуску та CompactFlash на 2 Гб 2000 х років випуску … Вікіпедія

	Пропускна спроможність, Мбіт/с	Максимальна довжина кабелю, м	Чи потрібний кабель живлення	Кількість накопичувачів на канал	Число провідників у кабелі

Вступ

Накопичувач жорсткий магнітний диск

Тенденція розвитку сучасних технологійхарактеризується постійним підвищенням значення інформації. В даний час масово використовуються пристрої зовнішньої пам'ятіперсональних комп'ютерів для збереження інформації. Іноді цінність інформації збереженої на пристроях зовнішньої пам'яті персональних комп'ютерів непорівнянна з вартістю даного пристрою. Безпека інформації, безперебійне функціонування систем зовнішньої пам'яті комп'ютера зумовлюють актуальність зазначеної проблеми та визначають вибір теми дипломного проекту.

Мета дипломного проекту: розкрити теоретичні та практичні основи діагностики та технології ремонту та налагодження засобів обчислювальної техніки (СВТ) та накопичувачів на жорстких магнітних дисках (НЖМД) персональних комп'ютерів.

Об'єкт дослідження дипломного проекту: накопичувач на жорстких магнітних дисках.

Предмет дослідження дипломного проекту: діагностика та технологія ремонту накопичувачів на жорстких магнітних дисках

Завдання дипломного проекту:

1. Провести аналіз пристроїв накопичувачів на жорстких магнітних дисках персональних комп'ютерів;

2. Розглянути пристрій та принцип дії накопичувачів на жорстких магнітних дисках персональних комп'ютерів;

Отримати початкові теоретичні та практичні навички діагностики та усунення неполадок накопичувачів на жорстких магнітних дисках персональних комп'ютерів.

Призначення, характеристики та принцип роботи накопичувачів на жорстких магнітних дисках

Види пристроїв зовнішньої пам'яті

Першою зовнішньою пам'яттю стала перфокарта - носій інформації як картки з паперу, картону, рідше з пластмаси, стандартних форми та розмірів, яку інформація наноситься пробивкою отворів (перфорацій). Перфораційні карти застосовують головним чином для введення та виведення даних в ЕОМ, а також як основний носій запису в перфораційних обчислювальних комплектах. Існує велика кількість видів карт, що відрізняються формою, розмірами, обсягом інформації, що зберігається, формою і розташуванням отворів. У СРСР використовували перфоровані карти в основному з 80 колонками (у застарілих моделях обчислювальних пристроїв зустрічалися 45-колонні), що виготовляються із щільного картону завтовшки 0,18 мм у вигляді прямокутника зі сторонами 187,4 та 82,5 мм. Для зручності підбирання та укладання лівий верхній кут карти зрізаний. Колонки розмічають поперек карти; уздовж карта розбивається на 12 рядків (10 основних та 2 додаткові). На одній перфорованій карті можна записати до 80 символів (приблизно 10-15 слів). Швидкість обробки машинних перфокарт досягає 2000 карт на 1 хв. Відтворення (зчитування) інформації здійснюється за допомогою електромеханічних зчитувачів або фотоелементів. За кордоном застосовували також перфокарти з 90, 40 та 21 колонкою з 6, 12 та 10 рядками відповідно. Різновид перфокарт - карти з крайовою перфорацією, що застосовуються в інформаційних системах, і карти для друкарських автоматів.

Найпоширенішим пристроєм зовнішньої пам'яті на сучасних комп'ютерахстали накопичувачі на магнітних дисках (НМД), або дисководи. Пристрій для читання/запису на магнітний диск називається накопичувачем на магнітному диску (НМД) або дисководом. Інформацію зберігають на накопичувачах двох видів, залежно від дій, які потрібно виконати з даними. Для перенесення невеликих обсягів інформації використовують гнучкі магнітні диски (дискети), а тривалого зберігання великих обсягів інформації використовують накопичувачі на жорстких магнітних дисках (вінчестери).

Порівняно новим видом зовнішніх носіївє оптичні диски(інша їх назва – лазерні диски). На них використовується не магнітний, а оптико-механічний спосіб запису та читання інформації.

Спочатку з'явилися лазерні диски, на яких інформація записується лише один раз. Стерти чи перезаписати її неможливо. Такі диски називаються CD-ROM – Compact Disk-Read Only Memory, що в перекладі означає «компактний диск – тільки для читання». Пізніше були винайдені лазерні диски, що перезаписуються, - CD-RW. На них, як і на магнітних носіях, інформацію можна прати і записувати заново. Найбільшою інформаційною ємністю з змінних носіївмають лазерні диски типу DVD-ROM. Обсяг інформації, що зберігається на них, може сягати десятків гігабайт.

Флеш-карта є портативними пристроями, призначеними для зберігання та швидкого перенесення даних з одного ПК на інший за допомогою підключення до порту USB. «популярні» моделі флеш-карта оснащені світлодіодом-індикатором читання/запису та блокуванням від запису. Також в комплекті можуть бути: кабель-подовжувач USB, компакт-диск із драйверами. Останнім часом флеш-карта стали дуже популярними і практично повсюдно витіснили 3,5-дискети. Флеш-карта стрімко набирають обсяг (їхня інформаційна ємність вже досягла 64 гігабайт і, мабуть, це не межа!) і дешевшають. При цьому зручність їх експлуатації поза конкуренцією. Серед переваг варто згадати також компактність, простоту використання та можливість гарячого підключення/відключення. Повною мірою оцінити зручність роботи з флеш-картами можна тільки на ПК з операційною системою від Windows 2000 і вище - в цьому випадку не потрібно встановлювати драйвер для роботи з флеш-картою, т.к. ОС скористається власною бібліотекою драйверів.

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД)

Жорсткий магнітний диск (вінчестер, НЖМД – Hard Disk Drive) – постійна пам'ять, призначена для довготривалого зберіганнявсієї наявної в комп'ютері інформації. Операційна система, програми, що постійно використовуються, завантажуються з жорсткого диска, на ньому зберігається більшість документів.

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) одна із ключових компонентів сучасного ПК. Від нього безпосередньо залежить продуктивність та надійність системи. Технології виготовлення жорстких дисків удосконалюються, розміри програм збільшуються, дані на комп'ютері накопичуються.

Основні параметри НЖМД

1. Ємність – накопичувача на жорстких магнітних дисках має об'єм від 40 Гб до 1024 Гб.

2. Швидкість читання даних. Середній сьогоднішній показник – близько 8 Мбайт/с.

Середній час доступу. Вимірюється в мілісекундах і позначає той час, який потрібний диску для доступу до будь-якої обраної вами ділянки. Середній показник – 9 мс.

Швидкість обертання диска. Показник, безпосередньо пов'язаний зі швидкістю доступу та швидкістю читання даних. Швидкість обертання жорсткого диска переважно впливає скорочення середнього часу доступу (пошуку). Підвищення загальної продуктивності особливо помітно під час вибірки великої кількості файлів.

Розмір кеш-пам'яті - швидкої буферної пам'яті невеликого об'єму, в яку комп'ютер містить найчастіше використовувані дані. Накопичувач на жорстких магнітних дисках має свою кеш-пам'ять розміром до 32 Мбайт.

Конструкція НЖМД

Жорсткий магнітний диск (вінчестер) складається з гермоблока (малюнок 1) та плати контролера (малюнок 2).

Малюнок 1 Гермоблок НЖМД

Малюнок 2 Плата контролера

Гермоблок

У гермоблоку розміщені всі механічні частини, на платі вся керуюча електроніка, за винятком передусилювача (попереднього підсилювача), розміщеного всередині гермоблока в безпосередній близькості від головок, що зчитують.

Диски виготовлені з алюмінію (іноді - з кераміки або скла) і покриті тонким шаром окису хрому. В даний час обсяг інформації, що зберігається на одному диску, може сягати 1024 Гбайт. Збоку шпинделя знаходиться поворотний позиціонер. З одного боку, коромисла розташовані звернені до дисків легкі магнітні головки, з другого - короткий хвостовик з обмоткою електромагнітного приводу. При поворотах коромисла позиціонера головки здійснюють рух дугою між центром і периферією дисків. Під дисками розташований двигун, який обертає їх із великою швидкістю. При обертанні дисків створюється потужний потік повітря, який циркулює по периметру гермоблока. Пил згубний на поверхні дисків, тому блок герметизований, повітря у ньому постійно очищається спеціальним фільтром (рис.3).

Рисунок.3 Фільтр

Для вирівнювання тиску повітря всередині та зовні у кришках гермоблоків робляться невеликі вікна, заклеєні тонкою плівкою. У ряді моделей вікно закривається повітропроникним фільтром. Обмотку позиціонера оточує статор, що є постійним магнітом. При подачі в обмотку струму певної величини та полярності коромисло починає повертатись у відповідну сторону з відповідним прискоренням. Динамічно змінюючи струм в обмотці, можна встановлювати позиціонер у будь-яке положення. При обертанні дисків аеродинамічна сила підтримує головки на невеликій відстанівід поверхні дисків. Головки ніколи не стикаються з зоною поверхні диска, де записані дані. На хвостовику позиціонера зазвичай розташована так звана магнітна клямка - маленький постійний магніт, який при крайньому внутрішньому положенні головок притягується до статора і фіксує коромисло в цьому положенні. Це так зване паркувальне положення головок, які при цьому лежать на поверхні диска, стикаючись з нею. У посадочній зоні дисків інформація не записується, тому прямий контакт із нею небезпечний. Майже всі сучасні жорсткі диски випускаються за технологією, що використовує магніторезистивний ефект. Завдяки цьому останній рік ємність дисків зростає швидкими темпами за рахунок підвищення щільності запису інформації.

Принцип роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках нагадує принцип дії звичайного магнітофона, з тією різницею, що замість магнітної стрічки використовуються поверхні дисків, а замість звукових сигналів він записує та відтворює цифрові. Будь-який НЖМД і двох основних частин: гермоблока і контролера. Гермоблок, служить корпусом для розміщення всіх механічних частин НЖМД Контролер являє собою плату електроніки накопичувача на жорстких магнітних дисках і розміщується за межами гермоблок, як правило, в її нижній частині. У деяких накопичувачах на жорстких магнітних дисках, наприклад, у відомій серії Seagate Barracuda, контролер закритий додатковою металевою кришкою, що захищає електроніку від пошкоджень, а також служить радіатором для відведення тепла від мікросхем. Основу всієї конструкції становить міцний герметичний корпус, що оберігає точну внутрішню механіку від зовнішніх впливів. Усередині корпусу розміщується власне диск або набір з кількох дисків, що обертається електродвигуном; магнітні головки з механізмом їх переміщення, а також попередній підсилювачсигналу. Корпус заповнений очищеним повітрям від пилу. Для вирівнювання тиску всередині і зовні корпус має фільтр або має отвори, заклеєні плівкою, хоча іноді зустрічаються і повністю герметичні накопичувачі на жорстких магнітних дисках. При обертанні дисків створюється сильний потік повітря, який циркулює всередині корпусу і постійно очищається ще одним, внутрішнім фільтром від пилу, який якимось чином потрапив усередину. Сучасні накопичувачі на жорстких магнітних дисках улаштовані дуже складно. До 90% вартості складає прецизійна механіка. Розглянемо докладніше кожну її частину. Магнітний диск є круглою пластиною з алюмінію, поверхня якої оброблена за найвищим класом точності. У побуті такого полірування не зустрінеш. Щоб надати пластинам магнітні властивості, їх поверхню покривають сплавом на основі хрому або вакуумним шаром, що напилюється, кобальту. Таке покриття має високу твердість, що добре, адже недавно диски були покриті шаром м'якого лаку на основі окису заліза, і він, на відміну від сучасних покриттів, легко пошкоджувався.

Для обертання дисків застосовується спеціальний електродвигун, чимось схожий на двигун флоппі-дисковода: нерухомий якір з обмотками і постійний магніт, що обертається. Основна відмінність його полягає у більш високій точності виготовлення та наявності спеціальних підшипників, які можуть бути як звичайними кульковими, так і більш досконалими; рідинними використовується спеціальне масло, що поглинає ударні навантаження, що збільшує довговічність двигуна. Рідкі підшипники мають нижчий рівень шуму і майже не виділяють тепло під час роботи. Крім того, деякі сучасні накопичувачі на жорстких магнітних дисках мають двигун, повністю занурений у герметичний посуд з маслом, що сприяє ефективному відводу тепла від обмоток.

Магнітна головка також є складною конструкцією, що складається з десятків деталей. Ці деталі настільки малі, що виготовляються методом фотолітографії так само, як і сучасні мікросхеми. Робоча поверхня керамічного корпусу головки відполірована такою ж високою точністю, як і диск. Привід головок є плоскою котушкою-соленоїдом з мідного дроту, поміщеною між полюсами постійного магніту і закріпленою на кінці важеля, що обертається на підшипнику. На іншому кінці знаходиться легка стрілка з магнітними головками. Котушка здатна переміщатися в магнітному полі під дією струму, що проходить через неї, переміщуючи одночасно всі головки в радіальному напрямку. Щоб котушка з головками не бовталася з боку в бік у неробочому стані, є магнітний фіксатор, який утримує головки вимкненого накопичувача на жорстких магнітних дисках на місці. У неробочому стані накопичувача головки знаходяться поблизу центру дисків, у «зоні паркування» і притиснуті до боків пластин легкими пружинами. Але варто дискам почати обертання – і потік повітря піднімає головки над поверхнею дисків, долаючи зусилля пружин.

Головки "спливають" і з цього моменту знаходяться над диском, зовсім не торкаючись його. Товщина повітряного прошарку між диском і головкою у сучасних накопичувачів на жорстких магнітних дисках - всього 0,1 мкм, що в 500 разів менше за товщину людського волосся. Так як механічний контакт голівки з диском відсутній, зношування дисків і головок не відбувається. Як мовилося раніше, всередині гермоблока також перебуває підсилювач сигналу, поміщений ближче до голівок, щоб зменшити наведення від зовнішніх перешкод. Він з'єднаний з головками гнучким стрічковим кабелем. Таким же кабелем підводиться живлення до рухомої котушки приводу головок, а іноді і двигуна. Через невеликий роз'єм все це господарство пов'язане із платою контролера.

Структурна схема НЖМД

Структурну схему НЖМД представлено на аркуші 1 графічної частини дипломного проекту.

Контролер інтерфейсу одна із найскладніших елементів накопичувача. Він визначає швидкість обміну даними між НЖМД та хостом ( системною платою). Також його називають HDC-контролером. До основних функцій HDC-контролера можна віднести:

1. читання сектора;

2. запис сектора;

3. пошук адресного маркера;

запис ідентифікатора;

Форматування сектора та доріжки;

Обробка та обслуговування команд від хост-системи;

формування сигналів інтерфейсу IDE;

Обслуговує буферну пам'ять.

) Сепаратор даних призначений, в основному, для очищення цифрового сигналувід шумів під час читання, виділення сигналів синхронізації читання (RCLK) і записи (WCLK) і формування потоку даних, призначених для запису, з урахуванням необхідних тимчасових затримок.

) Канал читання/запису формує сигнали управління магнітними головками, здійснюючи при цьому перетворення паралельного коду в послідовний при записі, і послідовного коду паралельний при читанні. При читанні цим модулем здійснюється перевірка коду CRC (контрольно-циклічний код) і при необхідності проводиться виправлення помилок.

) Керуючий мікропроцесор забезпечує виконання мікропрограми накопичувача, здійснюючи зчитування команд із ПЗУ. Відповідно до мікропрограми мікропроцесор управляє всіма компонентами НЖМД.

) VCM (звукова котушка) забезпечує переміщення та позиціонування блоку магнітних головок.

) Шпиндельний двигун забезпечує обертання магнітних дисків.

) Драйвер двигуна та VCM формує сигнали для керування двигуном, підтримуючи його швидкість постійної. Крім того, драйвером формується струм у котушці VCM, що дозволяє здійснювати її переміщення на задану величину

Файлові системи

Інформація на дисках записується в секторах фіксованої довжини, і кожен сектор та розташування кожного фізичного запису (сектору) на диску однозначно визначається трьома числами: номерами поверхні диска, циліндра та сектора на доріжці. І контролер диска працює з диском саме у цих термінах. А користувач бажає використовувати не сектори, циліндри та поверхні, а файли та каталоги. Тому операційна система або інша програма повинна при операціях з файлами та каталогами на дисках перевести у зрозумілі контролеру дії: читання та запис певних секторів диска. А для цього необхідно встановити правила, за якими виконується цей переклад, тобто насамперед визначити, як повинна зберігатися та організовуватися інформація на дисках.

Файлова система - це набір угод, визначальних організацію на носіях інформації. Наявність цих угод дозволяє операційній системі, іншим програмам та користувачам працювати з файлами та каталогами

Файлова система визначає:

1. як зберігаються файли та каталоги на диску;

2. які відомості зберігаються про файли та каталоги;

Як можна дізнатися, які ділянки диска вільні, а які – ні;

Формат каталогів та іншої службової інформації на диску.

Для використання дисків, записаних за допомогою деякої файлової системи, операційна система або спеціальна програмамає підтримувати цю файлову систему.

Інформація зберігається в основному на дисках, а файлові системи, що використовуються на них, визначають організацію даних саме на жорстких магнітних дисках.

В операційних системах сімейства MS Windows використовуються такі файлові системи – FAT, FAT 32, NTFS.

1.7.1 Файлова система FATє найпростішим із підтримуваних Windows NT файлових систем. Основою файлової системи FAT є таблиця розміщення файлів, розміщена на самому початку тома. У разі пошкодження на диску зберігаються дві копії цієї таблиці. Крім того, таблиця розміщення файлів і кореневий каталог повинні зберігатися у певному місці на диску (для правильного визначення розташування файлів завантаження). Диск, форматований у файловій системі FAT, поділяється на кластери, розмір яких залежить від розміру тома. Одночасно зі створенням файлу в каталозі створюється запис та встановлюється номер першого кластера, що містить дані. Такий запис у таблиці розміщення файлів сигналізує у тому, що це останній кластер файлу, чи вказує наступний кластер.

Оновлення таблиці розміщення файлів має велике значення та потребує багато часу. Якщо таблиця розміщення файлів не оновлюється регулярно, це може призвести до втрати даних. Тривалість операції пояснюється необхідністю переміщення головок, що читають, до логічної нульової доріжки диска при кожному оновленні таблиці FAT. Каталог FAT не має певної структури і файли записуються в першому виявленому вільному місці на диску. Крім того, файлова система FAT підтримує лише чотири файлові атрибути: "Системний", "Прихований", "Тільки читання" та "Архівний".

На комп'ютері під керуванням Windows NT у будь-якій із підтримуваних файлових систем не можна скасувати видалення. Програма скасування видалення намагається безпосередньо звернутися до обладнання, що неможливо при використання Windows NT. Однак якщо файл знаходився у розділі FAT, то, запустивши комп'ютер у режимі MS-DOS, видалення файлу можна скасувати. Файлова система FAT найкраще підходить для використання на дисках та розділах розміром до 200 МБ, тому що вона запускається із мінімальними накладними витратами.

Як правило, не варто використовувати файлову систему FAT для дисків та розділів, розмір яких більше 200 МБ. Це тим, що з збільшення розміру тома продуктивність файлової системи FAT швидко падає. Для файлів, розташованих у розділах FAT, неможливо встановити дозвіл. Розділи FAT мають обмеження за розміром: 4 ГБ під Windows NT та 2 ГБ під MS-DOS.

Файлова система FAT32

Для роботи з великими дисками було розроблено нову файлову систему FAT32. Microsoft вперше представляє файлову систему FAT32 в ОС Windows 95 OSR2. У цій файловій системі розрядність покажчика на кластер збільшується до 32 біт, що значно збільшує кількість кластерів, що підтримуються, і, отже, дозволяє зменшити їх розмір. Ви бачите, що розрядність покажчика становить 32 біти і, навіть використовуючи кластер 512 байт, ця файлова система може підтримувати диски 127,9 Гбайт. При використанні кластера 32 Кбайт вона може підтримувати диски до 2 Тбайт. На перший погляд може здатися, що тепер можна використовувати кластер розмірів в один блок (512 байт), зменшивши тим самим втрати в хвостах файлів майже до нуля, але використання таких малих кластерів все ж таки не вигідно з міркувань продуктивності. Ви пам'ятаєте, що інформація про розташування файлу кластерів міститься в FAT таблиці.

Чим менший розмір кластера, тим більше кластерів займе файл і тим більше записів з'явиться в таблиці і тим довше буде зчитування інформації про розташування файлу при доступі до нього. Ще один важливий момент. Під час роботи файлові таблиці переносяться в оперативну пам'ять. І це логічно. Адже рахувати з оперативної пам'яті інформацію про файл можна набагато швидше, ніж з жорсткого диска. При цьому чим менше розмір кластера, тим більше записів у файловій таблиці і, відповідно, більший її обсяг. А це, своєю чергою, впливає на вимоги до розміру оперативної пам'яті. Швидкодія системи FAT32 можна збільшити, збільшивши розмір кластера. Збільшуючи кластер удвічі, ми скорочуємо область FAT теж удвічі. У FAT32 дуже важлива для швидкодії область займає кілька Мбайт. Скорочення області FAT у кілька разів дасть помітне збільшення швидкодії, оскільки обсяг системних даних файлової системи сильно скоротиться - зменшиться час, затрачуване читання даних розташування файлів. Зворотний бік - суттєво зростають втрати дискового простору. Виходить замкнене коло: чим більший розмір кластера, тим вища швидкодія, але зростають і втрати дискового простору; що менше розмір кластера, тим паче економно витрачається дисковий простір, але катастрофічно падає швидкодія.

Тому мінімальний кластер FAT32 був обраний розміром 4 Кбайт, як компроміс між ефективністю зберігання даних і продуктивністю. Оскільки ця файлова система призначалася для роботи з великими дисками, розглянемо її з цього боку. Великі диски необхідні для зберігання великих обсягів даних. Зі збільшенням числа файлів зростатиме і розмір таблиці їх розміщення. Оскільки перегляд таблиці лінійний, то певний момент швидкодія дискових операцій значно впаде. А це дуже неприємний момент. У Windows XP/2000 максимальний розмір розділу, який можна відформатувати за допомогою FAT32, дорівнює 32 Гбайт, незважаючи на теоретичну межу 4 Тбайт.

Мабуть, Microsoft знайшла ту точку, далі за яку йти не має сенсу. Незважаючи на це, ви можете працювати з розділами FAT32 більше 32 Гб, якщо вони були відформатовані за допомогою іншої ОС. Розглянемо деякі особливості FAT32. У FAT32 були розширені атрибути файлів, що дозволяють зберігати час і дату створення, модифікації та останнього доступу до файлу або каталогу. Кореневий каталог у FAT32 більше не розташовується в певному місці, натомість зберігається покажчик на початковий кластер кореневого каталогу. В результаті знімається обмеження, що існувало раніше, на число записів у кореневому каталозі. Крім того, для обліку вільних кластерів, у зарезервованій області на розділі FAT32 є сектор, що містить число вільних кластерів та номер останнього використаного кластера. Це дозволяє системі виділення наступного кластера не перечитувати наново всю таблицю розміщення файла.

Файлова система NTFS

З погляду користувача файлова система NTFS організовує файли за каталогами і сортує їх як і, як і HPFS. Однак, на відміну від FAT та HPFS на диску немає спеціальних об'єктів і відсутня залежність від особливостей встановленого обладнання (наприклад, сектор розміром 512 байт). Крім того, на диску відсутні спеціальні сховища даних (таблиці FAT та суперблоки HPFS).

Для забезпечення надійності файлової системи NTFSособливу увагу було приділено трьом основним питанням: здатності до відновлення, усунення непереборних помилок одного сектора та екстреному виправленню. відновлення NTFSвідстежує всі транзакції щодо файлової системи. Виконання команди CHKDSK у файловій системі FAT або HPFS служить для перевірки послідовності покажчиків у межах каталогу, розміщення та таблиці файлів. Файлова система NTFS зберігає журнал операцій із цими компонентами. Таким чином, для відновлення зв'язності системи необхідно за допомогою команди CHKDSK виконати відкат транзакцій до останньої точки фіксації. При використанні FAT або HPFS збій сектора, в якому зберігається один із спеціальних об'єктів файлової системи, призводить до виникнення непереборної помилки одного сектора.

У NTFS ця проблема вирішується двома способами. По-перше, спеціальні об'єкти не використовуються, а всі об'єкти, що є на диску, відстежуються і захищаються. По-друге, існує кілька копій (число залежить від розміру тома) основної таблиці файлів Подібно до версій HPFS для OS/2, NTFS підтримує екстрене виправлення.

Основне призначення конфігурації операційної системи Windows NT на будь-якому рівні є забезпечення платформи, яку можна використовувати як модуль при побудові інших систем, і NTFS не є винятком. Ця файлова система є гнучкою платформою з широкими функціональними можливостями, які можуть використовувати інші файлові системи. Крім того, у NTFS повністю реалізована модель безпеки Windows NT та підтримка кількох потоків даних. Файл даних перестав бути окремим потоком даних. Також користувачі можуть додавати власні атрибути файлів.

По-перше, в NTFS значно - до 2^64 байт (16 екзабайт або 18446744073709551616 байт) - збільшено допустимий розділ файлів і томів. У NTFS для вирішення проблеми фіксованого розміру сектора знову застосовано концепцію кластерів, раніше використану у файловій системі FAT. Це було зроблено для поліпшення апаратної незалежності операційної системи Windows NT під час використання з жорсткими дисками, виготовленими за іншою технологією. Таким чином, була прийнята думка, що розподіл диска на сектори розміром 512 не завжди є оптимальним. Розмір кластера визначається кратним числом одиничних блоків жорсткого диска.найкраще підходить для використання з томами розміром більше 400 МБ. Зі збільшенням розміру тому продуктивність файлової системи NTFS не падає, як у FAT. Завдяки можливості відновлення в NTFS відсутня необхідність використання будь-яких програм відновлення диска.

Через додаткову витрату дискового простору файлову систему NTFS не рекомендується використовувати з томами розміром менше 400 МБ. Така витрата пояснюється необхідністю зберігання системних файлів NTFS (у розділі розміром 100 МБ цього потрібно близько 4 МБ). В даний час NTFS немає вбудованого шифрування файлів. Отже, можна завантажити MS-DOS (або іншу операційну систему) і скористатися низькорівневою програмою редагування диска для перегляду даних, що зберігаються в томі NTFS. За допомогою файлової системи NTFS не можна форматувати дискети. Windows NT форматує дискети за допомогою FAT, оскільки обсяг службової інформації, необхідної для функціонування NTFS, не міститься на дискеті.

Технологія S.M.A.R.T.

З часом зношуються головки, підшипники, старіють фільтри, магнітна поверхня дисків та електронні компоненти. І хоча інженери, що розробляють накопичувачі, роблять все можливе для того, щоб їхній виріб служив багато років, але може статися, що НЖМД вийдуть з ладу. Добре, якщо на диску були лише програми та іграшки, які можна легко відновити з дистрибутивів. Але найчастіше буває так, що поломка накопичувача застає зненацька користувача, після чого з'ясовується, що там було щось важливе і унікальне. Саме так і було кілька років тому, коли користувач міг тільки здогадуватися про те, що чекає його НЖМД у недалекому майбутньому, орієнтуючись на вік накопичувача, поява нових поганих секторівта власну інтуїцію. Цей спосіб був дуже неточним, так як вік накопичувача лише побічно характеризує його зношування, набагато більше значення мають такі фактори, як кількість включень, висока робоча температура, механічні удари та тютюновий дим у повітрі.

Тому провідними виробниками жорстких дисків була розроблена технологія, що дозволяє об'єктивно оцінити стан усіх систем накопичувача на жорстких магнітних дисках і досить точно спрогнозувати час виходу з ладу. Ця технологія дістала назву S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Reporting Technology) і є у всіх сучасних НЖМД. Незважаючи на складність назви, принцип її дії досить простий.

Коли працює накопичувач, його мікропроцесор веде підрахунок циклів увімкнення-вимкнення, кількість відпрацьованих годин, фіксується час розкручування двигуна до номінальної швидкості, число помилок читання, число новостворених збійних секторіві багато іншого. Крім того, за допомогою спеціальних датчиків визначається температура пристрою, кількість отриманих ударів і т. д. Усі дані автоматично, без участі користувача, заносяться до спеціальної таблиці на диску і періодично оновлюються. Ще вони постійно порівнюються із гранично допустимими значеннями, перевищення (або навпаки) яких вказує на серйозні неполадки накопичувача.

Ця таблиця називається таблицею SMART-параметрів і може бути переглянута користувачем будь-коли, навіщо існує спеціальна утиліта. Наприклад, НЖМД Speed ​​або SMARTUDM Ці програми безкоштовні та мають опис російською мовою. Запускати їх слід з MS-DOS, скориставшись системною дискетою, завантажувальним CD-ROM або натиснувши F5 завантаженні Windows 98. Зверніть особливу увагу на те, що деякі значення наведені в шістнадцятковій системі і, щоб визначити, наприклад число включень, потрібно перевести їх у десяткову (це можна зробити калькулятором Windows). Існують такі програми і для Windows, наприклад S.M.A.R.T. Vision, проте багато хто з них працює неправильно з деякими накопичувачами та зовнішніми контролерами, тому всерйоз сприймати їх не варто.

Технологія Dual Wave

Технологія розроблена фірмою Maxtor і широко застосовується у її лінійці жорстких дисків. У контролері диска вперше застосовано два процесори. Цифровий сигнальний процесор (DSP) управляє приводами, відповідає за операції читання-запису та корекції помилок. RISC-процесор власної розробки Maxtor оптимізований для операцій вводу-виводу та обробки команд інтерфейсу ATA. Обидва процесори мають вільний доступ до буфера даних та шини обміну даними між собою. Технологія DualWave дозволяє значно підвищити ефективність роботи з файлами великого обсягу (відео, тривимірні ігри, бази даних). Наприклад, жорсткий диск DiamondMax 6800 зі швидкістю обертання 5400 об/хв, оснащений блоком DualWave, на багатьох тестах впевнено випереджає звичайні диски зі швидкістю обертання 7200 об/хв. До того ж диски Maxtor з контролером DualWave виявилися одними з найбезшумніших.

Технологія Data Lifeguard

Одним з ранніх SMART-розширень і поліпшень є технологія Data Lifeguard розроблена і використовувана компанією Western Digital у своїх накопичувачах. Її суть полягає у створенні системи збільшення надійності зберігання інформації, тобто. того, чого SMART, що працює у напрямку загальної діагностики стану приводу, не обіцяла. Звичайними причинами втрати інформації у функціонуючого накопичувачі стають помилки запису, що унеможливлюють подальше читання та відновлення даних, поступове зношування поверхні, зниження її магнітних властивостей.

Це і є сутністю технології Data Lifeguard. На холостому ходу накопичувача проводиться пошук і перепризначення збійних секторів, відновлення, якщо представляється можливим, їх інформації та запис її в нове місце. Тести запускаються після того, як накопичувач напрацював з часу проведення останнього тесту 8 годин та за відсутності до нього звернень протягом 15 секунд. Функціонує система наступним чином: при читанні будь-якого сектора можливе виникнення помилки, яка може бути обумовлена ​​поганою читальністю сектора (нестабільний сектор), помилкою під час запису даних у сектор, іншими випадковими зовнішніми умовами або може бути відзначений слабкий рівень сигналу. В останньому випадку буде спроба пожвавлення даних - дані будуть по новій записані в цей же сектор, з подальшим їх контрольним читанням.

Якщо рівень сигналу раніше низький - то, очевидно, є знос/дефект магнітного шару, і дані з нього будуть переміщені в нове місце, а цей буде позначений як дефектний. Аналогічні дії будуть вжиті і в інших названих випадках, але при повторному зверненні випадкова помилка не повторитися і з сектором нічого не відбудеться, а обумовлена ​​першими двома з великою часткою ймовірності проявитися знову, і тоді буде спроба їх відновлення за наявними коригуючими кодами (ECC , Error Correction Code). У разі удачі дані будуть записані у нове місце, а застарілі позначається як дефектні. Ну а у разі невдачі, на жаль, користувач залишиться без даних. При роботі Data Lifeguard використовує функції SMART, але на відміну від неї, функціонує завжди, навіть коли SMART вимкнена. У випадку, якщо накопичувач виявиться зайнятий Data Lifeguard тестами, коли надійде зовнішня команда, тест буде припинено і відновлено після 15 роботи після 15 секунд не активності.

Час необхідний на тест поверхні варіюється від моделі до моделі і в середньому становить менше 1 хвилини на гігабайт. Лічильник часу від тесту до тесту не обнулюється при відключенні живлення. Помилки, що виникають, протоколюються. Загалом, треба сказати, що це справді крок уперед. Користувач позбавляється необхідності самостійно проводити тест поверхні диска, який до того ж багато хто часто не робив і навіть не підозрює що це таке (після появи SMART III, особливо Data Lifeguard це виправдано). Значно знижується ймовірність втрати даних, крім того, можливе навіть якесь підвищення продуктивності завдяки тому, що з використання на ранніх стадіях виключаються сектори, що невпевнено читаються, і не виникає необхідності повторного читання. Одна тонкість технології полягає в тому, що вона, схоже, перевіряє лише сектори, що використовуються, невикористовується поверхня залишається без перевірки.

Пошук несправностей НЖМД

Накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД) HDD (Hard Disk Drive) вінчестер (носій) - матеріальний об'єкт, здатний зберігати інформацію.

Накопичувачі інформації можуть бути класифіковані за такими ознаками:

• способу зберігання інформації: магнітоелектричні, оптичні, магнітооптичні;
• виду носія інформації: накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках, оптичних та магнітооптичних дисках, магнітній стрічці, твердотільні елементи пам'яті;
• способу організації доступу до інформації - накопичувачі прямого, послідовного та блокового доступу;
• типу пристрою зберігання інформації - вбудовані (внутрішні), зовнішні, автономні, мобільні (що носяться) та ін.

Значна частина накопичувачів інформації, використовуваних нині, створено з урахуванням магнітних носіїв.

Влаштування жорсткого диска

Вінчестер містить набір пластин, що представляють найчастіше металеві диски, покриті магнітним матеріалом – платтером (гамма-ферит-оксид, ферит барію, окис хрому…) та з'єднані між собою за допомогою шпинделя (валу, осі).
Самі диски (товщина приблизно 2мм) виготовляються з алюмінію, латуні, кераміки чи скла. (Див. Рис)

Для запису використовуються обидві поверхні дисків. Використовується 4-9 пластин. Вал обертається з високою постійною швидкістю (3600-7200 оборотів/хв.)
Обертання дисків та радикальне переміщення головок здійснюється за допомогою 2-х електродвигунів.
Дані записуються або зчитуються за допомогою головок запису/читанняпо одному на кожну поверхню диска. Кількість головок дорівнює кількості робочих поверхонь всіх дисків.

Запис інформації на диск ведеться по певних місцях - концентричних доріжкам (трекам) . Доріжки діляться на сектора.В одному секторі 512 байт інформації.

Обмін даними між ОЗУ та НМД здійснюється послідовно цілим числом (кластером). Кластер- Ланцюжки послідовних секторів (1,2,3,4, ...)

Спеціальний двигунза допомогою кронштейна позиціонує головку читання/запису над заданою доріжкою (переміщує її у радіальному напрямку).
При повороті диска головка розміщується над потрібним сектором. Очевидно, що всі головки переміщуються одночасно і зчитують інфоголовки переміщуються одночасно і зчитують інформацію з однакових доріжок різних норм з однакових доріжок різних дисків.

Доріжки вінчестера з однаковим порядковим номером на різних дисках вінчестера циліндром .
Головки читання запису переміщаються вздовж поверхні платтера. Чим ближче до поверхні диска знаходиться головка при цьому, не торкаючись її, тим вище допустима щільність запису.

Влаштування вінчестера

Магнітний принцип читання та запису інформації

магнітний принцип запису інформації

Фізичні основи процесів запису та відтворення інформації на магнітних носіях закладені в роботах фізиків М.Фарадея (1791 – 1867) та Д. К. Максвелла (1831 – 1879).

У магнітних носіях інформації цифровий запис проводиться на чутливий магніто матеріал. До таких матеріалів відносяться деякі різновиди оксидів заліза, нікель, кобальт та його сполуки, сплави, а також магнітопласти та магнітоеласти з в'язкою з пластмас та гуми, мікропорошкові магнітні матеріали.

Магнітне покриття має товщину кілька мікрометрів. Покриття наноситься на немагнітну основу, якою для магнітних стрічок та гнучких дисків використовуються відмінність пластмаси, а для жорстких дисків - алюмінієві сплави та композиційні матеріали підкладки. Магнітне покриття має доменну структуру, тобто. складається з безлічі намагнічених найдрібніших частинок.

Магнітний домен (від лат. dominium – володіння) - це мікроскопічна, однорідно намагнічена область у феромагнітних зразках, відокремлена від сусідніх областей тонкими перехідними шарами (доменними межами).

Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до напряму магнітних силових ліній. Після припинення впливу зовнішнього поля на поверхні домену утворюються зони залишкової намагніченості. Завдяки цій властивості на магнітному носії зберігається інформація, що діяло магнітному полі.

Під час запису інформації зовнішнє магнітне поле створюється з допомогою магнітної головки. У процесі зчитування інформації зони залишкової намагніченості, опинившись навпроти магнітної головки, наводять у ній під час зчитування електрорушійної сили (ЕРС).

Схема запису та читання з магнітного диска дана на рис.3.1 Зміна напрямку ЕРС протягом деякого проміжку часу ототожнюється з двійковою одиницею, а відсутність цієї зміни – з нулем. Вказаний проміжок часу називається бітовим елементом.

Поверхня магнітного носіясприймається як послідовність точкових позицій, кожна у тому числі асоціюється з бітом інформації. Оскільки розташування цих позицій визначається неточно, для запису потрібно заздалегідь нанесені мітки, які допомагають знаходити необхідні позиції запису. Для нанесення таких синхронізуючих міток має бути розбито диск на доріжки
та сектори - форматування.

Організація швидкого доступу до інформації на диску є важливим етапом для зберігання даних. Оперативний доступ до будь-якої частини поверхні диска забезпечується, по-перше, за рахунок надання йому швидкого обертання і по-друге, шляхом переміщення магнітної головки читання/запису по радіусу диска.
Гнучкий диск обертається зі швидкістю 300-360 об/хв, а жорсткий диск - 3600-7200 об/хв.

Логічне влаштування вінчестера

Магнітний диск спочатку не готовий до роботи. Для приведення його в робочий стан він має бути відформатовано, тобто. має бути створена структура диска.

Структура (розмітка) диска створюється у процесі форматування.

Форматування магнітних дисків включає 2 етапи:

1. фізичне форматування (низького рівня)
2. логічне (високий рівень).

При фізичному форматуванні робоча поверхня диска розбивається окремі області, звані секторами,які розташовані вздовж концентричних кіл – доріжок.

Крім того, визначаються сектори, непридатні для запису даних, вони позначаються як поганідля того, щоб уникнути їх використання. Кожен сектор є мінімальною одиницею даних на диску, має власну адресу для забезпечення прямого доступу до нього. Адреса сектора включає номер сторони диска, номер доріжки та номер сектора на доріжці. Визначаються фізичні параметри диска.

Як правило, користувачеві не потрібно займатися фізичним форматуванням, так як у більшості випадків жорсткі диски надходять у відформатованому вигляді. Взагалі, цим має займатися спеціалізований сервісний центр.

Форматування низького рівняпотрібно виробляти у таких випадках:

• якщо з'явився збій у нульовій доріжці, що викликає проблеми при завантаженні з жорсткого диска, але диск при завантаженні з дискети доступний;
• якщо ви повертаєте в робочий стан старий диск, наприклад, переставлений зі зламаного комп'ютера.
• якщо диск виявився відформатованим для роботи з іншою операційною системою;
• якщо диск перестав нормально працювати та всі методи відновлення не дали позитивних результатів.

Потрібно мати на увазі, що фізичне форматування є дуже сильнодіючою операцією- при його виконанні дані, що зберігаються на диску, будуть повністю стерті і відновити їх буде абсолютно неможливо! Тому не приступайте до форматування низького рівня, якщо ви не впевнені, що зберегли всі важливі дані поза жорстким диском!

Після того, як ви виконаєте форматування низького рівня, слідує черговий етап - створення розбивки жорсткого диска на один або кілька логічних дисків найкращий спосібвпоратися з плутаниною каталогів та файлів, розкиданих по диску.

Не додаючи жодних апаратних елементів у вашу систему, Ви отримуєте можливість працювати з кількома частинами одного жорсткого диска, як із кількома накопичувачами.
При цьому ємність диска не збільшується, проте можна значно покращити його організацію. Крім того, різні логічні диски можна використовувати для різних операційних систем.

При логічне форматування відбувається остаточна підготовка носія до зберігання даних шляхом логічного організації дискового простору.
Диск підготовляється для запису файлів у сектори, створені за низькорівневого форматування.
Після створення таблиці розбивки диска слідує черговий етап - логічне форматування окремих елементів розбивки, іменованих надалі логічними дисками.

Логічний диск - Це деяка область жорсткого диска, що працює так само, як окремий накопичувач.

Логічне форматування є значно простішим процесом, ніж форматування низького рівня.
Для того, щоб виконати його, завантажтеся з дискети, що містить утиліту FORMAT.
Якщо у вас є кілька логічних дисків, послідовно відформатуйте все.

У процесі логічного форматування на диску виділяється системна область, Що складається з 3-х частин:

• завантажувального сектора та таблиця розділів (Boot record)
• таблиці розміщення файлів (FAT), в яких записуються номери доріжок та секторів, що зберігають файли
• кореневий каталог (Root Direсtory).

Запис інформації здійснюється частинами через кластер. В тому самому кластері не може бути 2-х різних файлів.
Крім того, на цьому етапі диску може бути присвоєно ім'я.

Жорсткий диск може бути розбитий на кілька логічних дисків і навпаки 2 жорсткі диски можуть бути об'єднані в один логічний.

Рекомендується на жіночому диску створювати як мінімум два розділи (два логічні диски): один з них відводиться під операційну систему та програмне забезпечення, другий диск виключно виділяється під дані користувача. Таким чином дані та системні файлизберігаються окремо один від одного і у разі збою операційної системи набагато більша ймовірність збереження даних користувача.

Характеристики вінчестерів

Жорсткі диски (вінчестери) відрізняються між собою такими характеристиками:

1. ємністю
2. швидкодією – часом доступу до даних, швидкістю читання та запису інформації.
3. інтерфейсом (спосіб підключення) - типом контролера, до якого повинен приєднуватися вінчестер (найчастіше IDE/EIDE та різні варіанти SСSI).
4. інші особливості

1. Ємність- кількість інформації, що міститься на диску (визначається рівнем технології виготовлення).
Сьогодні ємність становить 500 -2000 і більше Гб. Місця на жорсткому диску ніколи не буває багато.

2. Швидкість роботи (швидкість)диска характеризується двома показниками: часом доступу до даних на дискуі швидкістю читання/запису на диску.

Час доступу – час, необхідний для переміщення (позиціонування) головок читання/запису на потрібну доріжку та потрібний сектор.
Середній характерний час доступу між двома випадково вибраними доріжками приблизно 8-12мс (мілісекунд), швидші диски мають час 5-7мс.
Час переходу на сусідню доріжку (сусідний циліндр) менший за 0.5 - 1.5мс. Для повороту в потрібний сектор теж потрібен час.
Повний час обороту диска для сучасних вінчестерів 8 - 16мс, середній час очікування сектора становить 3-8мс.
Чим менший час доступу, тим швидше буде працювати диск.

Швидкість читання/запису(пропускна здатність введення/виводу) або швидкість передачі даних (трансферт)– час передачі послідовно розташованих даних, залежить тільки від диска, а й його контролера, типи шини, швидкодія процесора. Швидкість повільних дисків 1.5-3 Мб/с, у швидких 4-5Мб/с, у останніх 20Мб/с.
Вінчестери з SСSI-інтерфейсом підтримують частоту обертання 10000 об/хв. та середній час пошуку 5мс, швидкість передачі даних 40-80 Мб/с.

3.Стандарт інтерфейсу підключення вінчестера - Тобто. тип контролера, якого повинен підключатися жорсткий диск. Він знаходиться на материнській платі.
Розрізняють три основні інтерфейси підключення

1. IDE та його різні варіанти

IDE (Integrated Disk Elestroniс) або (ATA) Advanсed Teсhnology Attaсhment
Переваги - простота та невисока вартість

Швидкість передачі: 8.3, 16.7, 33.3, 66.6, 100 Мб/с. У міру розвитку даних інтерфейс підтримує розширення списку пристроїв: жорсткий диск, супер-флоппі, магнітооптика,
НМЛ, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Вводяться деякі елементи розпаралелювання (gneuing і dissonneсt/resonneсt), контролю за цілісністю даних при передачі. Головний недолік IDE - невелика кількість пристроїв, що підключаються (не більше 4), що для ПК високого класу явно мало.
Сьогодні IDE-інтерфейси перейшли нові протоколи обміну Ultra ATA. Значно збільшивши свою пропускну здатність
Mode 4 і DMA (Direсt Memory Aссess) Mode 2 дозволяє передавати дані зі швидкістю 16,6 Мб/с, проте реальна швидкість передачі була б набагато менше.
Стандарти Ultra DMA/33 та Ultra DMA/66, розроблені у лютому 98г. компанією Quantum мають 3 режими роботи 0,1,2 та 4, відповідно у другому режимі носій підтримує
швидкість передачі 33Мб/с. (Ultra DMA/33 Mode 2) Для забезпечення такої високої швидкості можна досягти лише при обміні з буфером накопичувача. Для того, щоб скористатися
стандартами Ultra DMA необхідно виконати 2 умови:

1. апаратна підтримка на материнській платі (чипсета) та з боку самого накопичувача.

2. для підтримки режиму Ultra DMA, як і інший DMA (direсt memory Aссess-прямий доступ до пам'яті).

Потрібний спеціальний драйвер для різних наборів мікросхем різних. Як правило, вони входять до комплекту системної плати, у разі необхідності її можна «завантажити»
з Internet зі сторінки фірми-виробника материнської плати.

Стандарт Ultra DMA має зворотну сумісність з попередніми контролерами, що працюють у більш повільному варіанті.
Сьогоднішній варіант: Ultra DMA/100 (кінець 2000р.) та Ultra DMA/133 (2001р.).

SATA
Заміна IDE (ATA) не інша високошвидкісна послідовна шина Fireware (IEEE-1394). Застосування нової технології дозволить довести швидкість передачі, що дорівнює 100Мб/с,
підвищується надійність системи, це дозволить встановлювати пристрої, не включаючи ПК, що категорично не можна в ATA-інтерфейсі.

SСSI (Small Computer System Interfase)— пристрої дорожчі за звичайні в 2 рази, вимагають спеціального контролера на материнській платі.
Використовуються для серверів, видавничих систем, САПР. Забезпечують більш високу швидкодію (швидкість до 160Мб/с), широкий діапазон пристроїв зберігання даних, що підключаються.
SСSI-контролер необхідно купувати разом із відповідним диском.

SСSI перевага перед IDE- гнучкість та продуктивність.
Гнучкість полягає великою кількістю пристроїв, що підключаються (7-15), а у IDE (4 максимально), більшою довжиною кабелю.
Продуктивність — висока швидкість передачі та можливість одночасної обробки кількох транзакцій.

1. Ultra Sсsi 2/3(Fast-20) до 40Мб/с 16-розрядний варіант Ultra2-стандарт SСSI до 80Мб/с

2. Інша технологія SСSI-інтерфейсу названа Fibre Сhannel Arbitrated Loop (FС-AL) дозволяє підключати до 100Мбс, довжина кабелю при цьому до 30 метрів. Технологія FС-AL дозволяє здійснити гарячі підключення, тобто. на «ходу», має додаткові лінії для контролю та корекції помилок (технологія дорожча за звичайний SСSI).

4. Інші особливості сучасних вінчестерів

Величезна різноманітність моделей вінчестера ускладнює вибір відповідного.
Окрім потрібної ємності, дуже важлива і продуктивність, яка визначається переважно його фізичними характеристиками.
Такими характеристиками є середній час пошуку, швидкість обертання, внутрішня і зовнішня швидкість передачі, обсяг Кеш-пам'яті.

4.1 Середній час пошуку.

Жорсткий диск витрачає якийсь час для того, щоб перемістити магнітну головку поточного положення в нове, необхідне зчитування чергової порції інформації.
У кожній конкретній ситуації цей час є різним, залежно від відстані, на яку повинна переміститися головка. Зазвичай у специфікаціях наводиться лише усереднені значення, причому застосовувані різними фірмами алгоритми усереднення, у випадку різняться, отже пряме порівняння утруднено.

Так, фірми Fujitsu, Western Digital проводять по всіх можливих парах доріжок, фірми Maxtor та Quantum застосовують метод випадкового доступу. Отримуваний результат може додатково коригуватися.

Значення часу пошуку для запису часто дещо вище, ніж читання. Деякі виробники у своїх специфікаціях наводять лише менше значення (для читання). У будь-якому випадку крім середніх значень корисно враховувати і максимальне (через весь диск),
та мінімальний (тобто з доріжки на доріжку) час пошуку.

4.2 Швидкість обертання

З точки зору швидкості доступу до потрібного фрагмента запису швидкість обертання впливає на величину так званого прихованого часу, якого для того, щоб диск повернувся до магнітної голівки потрібним сектором.

Середнє значення цього часу відповідає половині обороту диска і становить 8.33 мс при 3600 об/хв, 6.67 мс при 4500 об/хв, 5,56 мс при 5400 об/хв, 4,17 мс при 7200 об/хв.

Значення прихованого часу можна порівняти з середнім часом пошуку, так що в деяких режимах воно може мати такий самий, якщо не більше, вплив на продуктивність.

4.3 Внутрішня швидкість передачі

— швидкість, з якою записуються дані на диск або зчитуються з диска. Через зонний запис вона має змінне значення – вище на зовнішніх доріжках та нижче на внутрішніх.
При роботі з довгими файламиу багатьох випадках саме цей параметр обмежує швидкість передачі.

4.4 Зовнішня швидкість передачі

- Швидкість (пікова) з якою дані передаються через інтерфейс.

Вона залежить від типу інтерфейсу і має найчастіше фіксовані значення: 8.3; 11.1; 16.7Мб/с для Enhanсed IDE (PIO Mode2, 3, 4); 33.3 66.6 100 для Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Мб/с для синхронних SСSI, Fast SСSI-2, FastWide SСSI-2 Ultra SСSI (16 розрядів) відповідно.

4.5 Наявність у вінчестера своєї кеш-пам'яті та її обсяг (дисковий буфер).

Об'єм та організація Кеш-пам'яті (внутрішнього буфера) може помітно вливати на продуктивність жорсткого диска. Так само як і для звичайної кеш-пам'яті,
приріст продуктивності після досягнення деякого обсягу різко уповільнюється.

Сегментована кеш-пам'ять великого обсягу актуальна для продуктивних SСSI-дисків, що використовуються в багатозадачних середовищах. Що більше КЕШ, то швидше працює вінчестер (128-256Кб).

Вплив кожного з параметрів на загальну продуктивність вичленувати досить складно.

Вимоги до жорстких дисків

Основна вимога до дисків - надійність роботи гарантується значним терміном служби компонентів 5-7 років; хорошими статистичними показниками, а саме:

• середній час напрацювання на відмову не менше 500 тисяч годин (вищого класу 1 мільйон годин і більше)
• вбудована система активного контролю за станом вузлів диска SMART /Self Monitoring Analysis and Report Teсhnology.

Технологія S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology)є відкритим промисловим стандартом, розроблений свого часу Сompaq, IBM та інших виробників жорстких дисків.

Сенс цієї технології полягає у внутрішній самодіагностиці жорсткого диска, яка дозволяє оцінити його поточний стан та інформувати про можливі майбутні проблеми, які можуть призвести до втрати даних або виходу диска з ладу.

Здійснюється постійний моніторинг стану всіх життєво важливих елементів:
головок, робочих поверхонь, електродвигуна зі шпинделем, блоку електроніки. Скажімо, якщо виявляється ослаблення сигналу, інформація перезаписується і відбувається подальше спостереження.
Якщо сигнал знову послаблюється, дані переносяться в інше місце, а даний кластер поміщається як дефектний і недоступний, а замість нього надається в розпорядженні інший кластер з резерву диска.

При роботі з жорстким дискомслід дотримуватися температурного режиму, в якому функціонує накопичувач. Виробники гарантують безвідмовну роботу вінчестера при температурі навколишнього середовища в діапазоні від 0С до 50С, хоча, в принципі, без серйозних наслідків можна змінити межі принаймні градусів на 10 обидві сторони.
При великих відхиленнях температури повітряний прошарок необхідною товщиною може не утворюватися, що призведе до пошкодження магнітного шару.

Взагалі виробники HDD приділяють велику увагу надійності своїх виробів.

Основна проблема - потрапляння всередину диска сторонніх частинок.

Для порівняння: частинка тютюнового диму вдвічі більша за відстань між поверхнею і головкою, товщина людського волосся в 5-10 разів більша.
Для голівки зустріч з такими предметами обернеться сильним ударом і, як наслідок, частковим пошкодженням або повним виходом з ладу.
Зовні це помітно як поява великої кількості закономірно розташованих непридатних кластерів.

Небезпечні короткочасні великі за модулем прискорення (перевантаження), що виникають при ударах, падіннях тощо. Наприклад, від удару головка різко вдаряє по магнітному
шару та викликає його руйнування у відповідному місці. Або, навпаки, спочатку рухається у протилежний бік, а потім під дією сили пружності немов пружина б'є по поверхні.
В результаті в корпусі з'являються частинки магнітного покриття, які можуть пошкодити головку.

Не варто думати, що під дією відцентрової сили вони відлетять з диска - магнітний шар
міцно притягне їх до себе. У принципі, страшні наслідки не самого удару (можна якось змиритися зі втратою деякої кількості кластерів), а те, що при цьому утворюються частинки, які обов'язково викличуть подальше псування диска.

Для запобігання таких дуже неприємних випадків різні фірми вдаються до різноманітних хитрощів. Крім простого підвищення механічної міцності компонентів диска, застосовуються також інтелектуальна технологія S.M.A.R.T., яка стежить за надійністю запису та збереження даних на носії (див. вище).

Загалом диск завжди відформатований не на повну ємність, є певний запас. Пов'язано це переважно ще й з тим, що практично неможливо виготовити носій,
на якому абсолютно вся поверхня була б якісною, обов'язково буде bad-кластери (збійні). При низькорівневому форматуванні диска його електроніка налаштовується так,
щоб вона оминала ці збійні ділянки, і для користувача було зовсім не помітно, що носій має дефект. Але якщо вони видно (наприклад, після форматування
утиліта виводить їх кількість, відмінну від нуля), то це вже дуже погано.

Якщо гарантія не закінчилася (а HDD, на мій погляд, краще купувати з гарантією), то відразу ж віднесіть диск до продавця і вимагайте заміни носія або повернення грошей.
Продавець, звичайно ж, одразу почне говорити, що парочка збійних ділянок ще не привід для занепокоєння, але не вірте йому. Як уже говорилося, ця парочка, швидше за все, викличе ще багато інших, а згодом взагалі можливий повний вихід вінчестера з ладу.

Особливо чутливий до пошкоджень диск у робочому стані, тому не слід поміщати комп'ютер у місце, де він може бути схильний до різних поштовхів, вібрацій і так далі.

Підготовка вінчестера до роботи

Почнемо із самого початку. Припустимо, що ви купили накопичувач на жорсткому диску та шлейф до нього окремо від комп'ютера.
(Справа в тому, що купуючи зібраний комп'ютер, ви отримаєте підготовлений для використання диск).

Декілька слів про поводження з ним. Накопичувач на жорсткому диску - дуже складний виріб, що містить, крім електроніки, прецизійну механіку.
Тому він вимагає акуратного поводження - удари, падіння та сильна вібрація можуть пошкодити його механічну частину. Як правило, плата накопичувача містить багато малогабаритних елементів і не закрита міцними кришками. Тому слід подбати про її збереження.
Перше, що слід зробити, отримавши жорсткий диск — прочитати документацію, що прийшла з ним, — у ній напевно виявиться багато корисної та цікавої інформації. При цьому слід звернути увагу на такі моменти:

• наявність та варіанти установки перемичок, що визначають налаштування (установку) диска, наприклад, що визначає такий параметр, як фізичне ім'я диска (вони можуть бути, але їх може і не бути),
• кількість головок, циліндрів, секторів дисків, рівень прекомпенсації, і навіть тип диска. Ці дані потрібно ввести у відповідь на запит програми інсталяції комп'ютера (setup).
  Вся ця інформація знадобиться при форматуванні диска та підготовці машини до роботи з ним.
• Якщо ПК сам не визначить параметри вашого вінчестера, більшою проблемою стане встановлення накопичувача, на який немає жодної документації.
  На більшості жорстких дисків можна знайти етикетки з назвою фірми-виробника, з типом (маркою) пристрою, а також таблицею неприпустимих для використання доріжок.
  Крім того, на накопичувачі може бути наведена інформація про кількість головок, циліндрів та секторів та рівень прекомпенсації.

Заради справедливості треба сказати, що нерідко на диску написано лише його назву. Але і в цьому випадку можна знайти необхідну інформацію або у довіднику,
або зателефонувавши у представництво фірми. При цьому важливо отримати відповіді на три запитання:

• як повинні бути встановлені перемички для того, щоб використовувати накопичувач як master\slave?
• скільки на диску циліндрів, головок, скільки секторів на доріжку, чому дорівнює значення прекомпенсації?
• який тип диска із записаних у ROM BIOS найкраще відповідає цьому накопичувачу?

Володіючи цією інформацією, можна переходити до встановлення накопичувача на жорсткому диску.

Для встановлення жорсткого диска на комп'ютер слід зробити наступне:

1. Вимкнути повністю системний блок від живлення, зняти кришку.
2. Приєднати шлейф вінчестера до контролера материнської плати. Якщо Ви встановлюєте другий диск, можна скористатися шлейфом від першого за наявності на ньому додаткового роз'єму, при цьому потрібно пам'ятати, що швидкість роботи різних вінчестерів буде порівняна убік повільно.
3. Якщо потрібно, перемкніть перемички відповідно до способу використання жорсткого диска.
4. Встановити накопичувач на вільне місцеі приєднати шлейф від контролера на платі до гнізда вінчестера червоною смугою до живлення, кабель джерела живлення.
5. Надійно закріпити жорсткий диск чотирма болтами з двох сторін, аку/spanратно розташувати кабелі всередині комп'ютера, так, щоб при закриванні кришки не перерубати їх,
6. Закрийте системний блок.
7. Якщо ПК сам не визначив вінчестер, змініть конфігурацію комп'ютера за допомогою Setup, щоб комп'ютер знав, що до нього додали новий пристрій.

Фірми-виробники вінчестерів

Вінчестери однакової ємності (але від різних виробників) зазвичай мають більш-менш подібні характеристики, а відмінності виражаються головним чином у конструкції корпусу, форм-факторі (простіше кажучи, розмірах) і термін гарантійного обслуговування. Причому останнє слід сказати особливо: вартість інформації на сучасному вінчестері часто у багато разів перевищує його ціну.

Якщо на вашому диску з'явилися збої, то намагатися його ремонтувати часто означає лише піддавати свої дані до додаткового ризику.
Набагато розумніший шлях- заміна збійного пристрою на нове.
Левову частку жорстких дисків російському (та й лише) ринку становить продукції фірм IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

назва фірми-виробника, що виробляє даний типнакопичувача,

Корпорація Quantum (www. quantum. сom.), Заснована в 1980 р., - одна з ветеранів на ринку дискових накопичувачів. Компанія відома своїми новаторськими технічними рішеннями, спрямованими на підвищення надійності та продуктивності жорстких дисків, часом доступу до даних на диску та швидкістю читання/запису на диску, можливістю інформувати про можливі майбутні проблеми, що можуть призвести до втрати даних або виходу диска з ладу.

— Однією з фірмових технологій Quantum є SPS (Shoсk Proteсtion System), покликана захистити диск від ударних дій.

- Вбудована програма DPS (Data Proteсtion System), призначеної зберегти найдорожче - дані, що зберігаються на них.

Корпорація Western Digital (www.wdс.сom.)також є однією з найстаріших компаній-виробників дискових накопичувачів, вона знала у своїй історії та злети та падіння.
Компанія за останній час змогла впровадити у свої диски останні технології. Серед них варто відзначити власну розробку-технологію Data Lifeguard, яка є подальшим розвитком системи S.M.A.R.T. У ній зроблена спроба логічного завершення ланцюжка.

Відповідно до цієї технології проводиться регулярне сканування поверхні диска в період, коли він незадіяний системою. При цьому проводиться читання даних та перевірка їхньої цілісності. Якщо у процесі звернення до сектора відзначаються проблеми, дані переносяться в інший сектор.
Інформація про неякісні сектори заноситься у внутрішній дефект-аркуш, що дозволяє уникнути у майбутньому запису у майбутньому запису у дефектні сектори.

Фірма Seagate (www.seagate. Сom)дуже відома на нашому ринку. До речі, я рекомендую вінчестери саме цієї фірми, як найнадійніші і довговічніші.

У 1998 р. вона змусила знову привернути увагу, випустивши серію дисків Medallist Pro
зі швидкістю обертання 7200 об/хв, застосувавши для цього спеціальні підшипники. Раніше така швидкість використовувалася лише у дисках інтерфейсу SСSI, що дозволило збільшити продуктивність. У цій же серії використовується технологія SeaShield System, покликана покращити захист диска та даних, що зберігаються на ньому, від впливу електростатики та ударних впливів. Одночасно зменшується також вплив електромагнітних випромінювань.

Усі вироблені диски підтримують технологію S.M.A.R.T.
У нових дисках Seagateпередбачає застосування покращеної версії своєї системи SeaShield з ширшими можливостями.
Показово, що Seagate заявив про найбільшу в галузі стійкість оновленої серіїдо ударів – 300G у неробочому стані.

Фірма IBM (www. storage. ibm. сom)хоч і не була донедавна великим постачальником на російському ринку жорстких дисків, але встигла швидко завоювати хорошу репутацію завдяки своїм швидким і надійним дисковим накопичувачам.

Фірма Fujitsu (www. Fujitsu. сom)є великим і досвідченим виробником дискових накопичувачів, причому як магнітних, а й оптичних і магнитооптических.
Правда, на ринку вінчестерів з інтерфейсом IDE компанія аж ніяк не лідер: вона контролює (з різних досліджень) приблизно 4% цього ринку, а основні її інтереси лежать в області SСSI-пристроїв.

Термінологічний словник

Так як деякі елементи накопичувача, що відіграють важливу роль у його роботі, часто сприймаються як абстрактні поняття, наведено нижче пояснення найбільш важливих термінів.

Час доступу (Aссes time)— період часу, необхідний для накопичувача на жорсткому диску для пошуку та передачі даних у пам'ять або з пам'яті.
Швидкодія накопичувачів на жорстких магнітних дисках часто визначається часом доступу (вибірки).

Кластер (Сluster)- Найменша одиниця простору, з якою працює ОС у таблиці розташування файлів. Зазвичай кластер складається з 2-4-8 або більше секторів.
Кількість секторів залежить від типу диска. Пошук кластерів замість окремих секторів скорочує витрати ОС у часі. Великі кластери забезпечують швидше роботу
накопичувача, оскільки кількість кластерів в такому випадку менше, але при цьому гірше використовується простір (місце) на диску, так як багато файлів можуть виявитися менше кластера і байти кластера, що залишилися, не використовуються.

Контролер (УУ) (Сontroller)- схеми, зазвичай розташовані на платі розширення, що забезпечують управління роботою накопичувача на жорсткому диску, включаючи переміщення головки та зчитування та запис даних.

Циліндр (Сylinder)- Доріжки, розташовані навпроти один одного на всіх сторонах всіх дисків.

Головка накопичувача (Drive head)— механізм, що переміщається поверхнею жорсткого диска і забезпечує електромагнітний запис або зчитування даних.

Таблиця розміщення файлів (FAT) (File Alloсation Table (FAT))- запис, що формується ОС, яка відстежує розміщення кожного файлу на диску і те, які сектори використані, а які - вільні для запису нових даних.

Зазор магнітної головки (Head gap)- Відстань між головкою накопичувача і поверхнею диска.

Чергування (Interleave)- Відношення між швидкістю обертання диска та організацією секторів на диску. Зазвичай швидкість обертання диска перевищує здатність комп'ютера отримати дані з диска. До того моменту, коли контролер зчитує дані, наступний послідовний сектор вже проходить головку. Тому дані записуються на диск через один або два сектори. За допомогою спеціального програмного забезпеченняПри форматуванні диска можна змінити порядок чергування.

Логічний диск (Logiсal drive)— певні частини робочої поверхні твердого диска, які розглядають як окремі накопичувачі.
Деякі логічні диски можуть бути використані для інших операційних систем, наприклад, UNIX.

Паркування (Park)— переміщення головок накопичувача в певну точку і фіксація їх у нерухомому стані над частинами диска, що не використовуються, для того, щоб звести до мінімуму пошкодження при струсі накопичувача, коли головки ударяються об поверхню диска.

Розбивка (Partitioning)- Операція розбиття жорсткого диска на логічні диски. Розбиваються всі диски, хоча невеликі диски можуть мати лише один розділ.

Диск (Platter)— сам металевий диск, покритий магнітним матеріалом, який записуються дані. Накопичувач на жорстких дисках має, як правило, більше одного диска.

RLL (Run-length-limited)— кодуюча схема, яка використовується деякими контролерами для збільшення кількості секторів на доріжку для розміщення більшої кількості даних.

Сектор (Seсtor)— розподіл дискових доріжок, що є основною одиницю розміру, використовувану накопичувачем. Сектори ОС зазвичай містять 512 байтів.

Час позиціонування (Seek time)— час, необхідний для переміщення з доріжки, на якій вона встановлена, на якусь іншу потрібну доріжку.

Доріжка (Traсk)- Концентричний розподіл диска. Доріжки схожі на доріжки на платівці. На відміну від доріжок пластинки, які є безперервною спіраль, доріжки на диску мають форму кола. Доріжки в свою чергу поділяються на кластери та сектори.

Час переходу з доріжки на доріжку (Trask-to-Trask seek time)— час, необхідний переходу головки накопичувача на сусідню доріжку.

Швидкість передачі (Transfer rate)- Обсяг інформації, що передається між диском і ЕОМ в одиницю часу. До нього входить час пошуку доріжки.