Конструкция и принципы работы жесткого диска

Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад

по дисциплине информатики

курсанта 11 взвода

Барковского Станислава

Что такое винчестер?

Термин "Винчестер" - точнее, "накопитель на жестких магнитных дисках", а именно это устройство обычно и называют винчестером - сегодня на слуху практически у всех. Именно на винчестере хранится и с него загружается в оперативную память компьютера его операционная система.

Полностью закрытая металлическая коробочка винчестера выглядит как нечто очень надежное и крепкое, и подобное впечатление может послужить поводом для небрежного обращения с ним. В этом случае поломки устройства и потери информации неизбежны.

Для того чтобы понять возможные причины возникновения неисправностей винчестера, необходимо ознакомиться с конструкцией и принципом работы жесткого диска.

Что там внутри?

В основе функционирования винчестера лежит принцип магнитной записи/считывания сигналов на вращающийся диск, покрытый магнито-чувствительным рабочим слоем. Каждая сторона диска, покрытая рабочим слоем, называется рабочей поверхностью.

При записи цифровые данные преобразуются в аналоговые электрические сигналы, создающие с помощью головки записи участки с различной намагниченностью, расположенные вдоль окружности по всей рабочей поверхности вращающегося диска (так называемые треки или дорожки). Размеры участков и расстояние между соседними дорожками определяют поверхностную плотность записи данных.

При чтении участки диска движутся под магнитной головкой и индуцируют в ней электрические сигналы, которые преобразуются в цифровые данные.

винчестер жесткий диск сигнал

Рис. 1. Накопитель на жестких дисках без защитного кожуха

Типичный современный накопитель на жестких дисках состоит из блока (пакета) дисков, шпиндельного двигателя привода вращения дисков, блока головок записи/чтения, предусилителя-коммутатора головок и контроллера (печатной платы с электронными схемами управления).

В нерабочем состоянии головка прижимается поводком к поверхности диска в специальной нерабочей зоне, называемой зоной парковки. Первые модели винчестеров требовали выполнения специальной операции парковки головок, инициируемой программным обеспечением.

В современных винчестерах операция вывода головок в зону парковки выполняется автоматически при снижении скорости вращения двигателя ниже номинальной или при пропадании напряжения питания, а вывод головок в рабочую зону разрешается только после достижения номинальной скорости вращения дисков. Зазор между головкой и поверхностью диска в современных винчестерах составляет несколько сотых долей микрометра.

Головка - всему голова

В большой степени максимальная плотность записи зависит от конструкции и характеристик головок записи/чтения. Раньше в винчестерах использовались магнитные головки, представляющие собой миниатюрные катушки индуктивности, намотанные на магнитный сердечник.

Рис. 2. Внешний вид блока головок

Позднее стали использовать тонкопленочные магнитные головки, а в современных винчестерах используются высокочувствительные магниторезистивные головки чтения (принцип их работы основан на эффекте анизотропии некоторых полупроводниковых материалов в магнитном поле), конструктивно объединенные с тонкопленочными головками записи. Головки собираются в блок.

В современных винчестерах используется система позиционирования блока головок с поворотной подвижной катушкой, помещенной в зазоре мощного постоянного магнита, которая и является исполнительным элементом системы позиционирования.

В основе этой системы лежит предварительная (произведенная при изготовлении винчестера) запись специальных цифровых последовательностей, которые называются сервометками, в специально отведенные для этого на каждой дорожке сектора. Во время работы контроллер винчестера ориентируется на эти сервометки, вырабатывая управляющие сигналы, подаваемые в подвижную катушку, и поворачивает головку таким образом, чтобы она установилась точно над дорожкой, а затем удерживает ее на этой дорожке до поступления команды о переводе головки в новое положение.

Аэродинамика жесткого диска

Для увеличения плотности записи зазор между поверхностью диска и головкой необходимо уменьшить до минимума. В современных винчестерах эта задача решается с использованием аэродинамической подъемной силы, создаваемой потоком воздуха, который увлекает за собой вращающаяся рабочая поверхность диска. Для возникновения подъемной силы рабочим поверхностям головок придают специальную форму в виде крыла. Для того чтобы головка не "улетала" далеко от поверхности диска, она закрепляется на пружинящем поводке.

Поскольку величина подъемной силы определяется плотностью воздуха, которая зависит от атмосферного давления, то винчестеры общего применения имеют ограничения по максимальной высоте подъема над уровнем моря (приблизительно до 2000-3000 м).

В современных накопителях скорость вращения пакета дисков может достигать 15000 об/мин. Однако высокие скорости вращения порождают проблемы, связанные с его балансировкой, гироскопическим эффектом и аэродинамикой головок. Во время работы головки ни в коем случае не должны механически соприкасаться с рабочими поверхностями - случайное касание поверхности практически всегда приводит к полному или частичному повреждению соответствующей дорожки рабочей поверхности и очень часто к обрыву самой головки.

Рис. 3. Как говорится, найдите отличия...

Чистота - залог здоровья

Пакет дисков с двигателем и блок головок размещаются в специальном герметичном металлическом корпусе со съемной крышкой, который называется гермоблоком или камерой. Ее внутренний объем не изолирован от внешней среды - обязательно предусматривается возможность перетока воздуха снаружи в камеру и наоборот. Это необходимо для выравнивания давления внутри камеры с внешним давлением для предотвращения деформаций корпуса.

Достигается это с помощью так называемого барометрического фильтра, размещаемого внутри камеры. Фильтр способен задерживать частицы, размер которых превышает величину рабочего зазора между головкой и поверхностью диска. Так что под герметичностью камеры подразумевается только невозможность проникновения внутрь посторонних частиц, способных при попадании в рабочий зазор повредить рабочую поверхность и головку.

Рис. 4. Барометрический фильтр и фильтр рециркуляции

Кроме того, в камере винчестера обязательно размещается фильтр рециркуляции, предназначенный для улавливания частиц, которые могут возникать внутри самой камеры, например за счет осыпания поверхности дисков при "взлетах" и "посадках" головок в зоне парковки, или проникать внутрь камеры через барометрический фильтр. Место расположения фильтра рециркуляции выбирается с учетом движения воздушного потока и возможных траекторий движения частиц таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень очистки воздушного потока внутри камеры.

Так как попадание посторонних частиц внутрь камеры абсолютно недопустимо, сборка винчестеров производится только в специальных "чистых помещениях", оборудованных дорогостоящими фильтровентиляционными установками тонкой очистки воздуха - в кубическом футе воздуха может быть не более 100 частиц (пылинок) размером более 0,5 мкм.

Правильно подключайте!!!!!!!!

Неверное подсоединение кабелей питания (обычно вследствие перепутывания проводов соединителя питания, либо механического разрушения обойм соединителей) практически всегда приводит к полному выходу из строя электронных компонентов накопителя, в том числе и предусилителя-коммутатора, расположенного в камере накопителя.

Часто встречаются случаи неверного подключения интерфейсных кабелей (особенно в моделях накопителей и материнских плат с неявно выраженным ключом соединителя). Последствия такой "операции" трудно предсказать. Иногда она проходит без фатальных последствий для накопителя и материнской платы, но иногда - приводит к выходу из строя контроллера накопителя либо интерфейса материнской платы компьютера.

Предотвращение непоправимого

В большинстве современных винчестеров реализована технология самотестирования SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology). Ее суть заключается в том, что винчестер самостоятельно диагностирует свое состояние, заранее предупреждая о предаварийном состоянии. Большинство SMART HDD контролируют от 3 до 30 атрибутов надежности, например, количество позиционирований головок, высоту их полета над поверхностью диска, число переназначений сбойных секторов, число ошибок позиционирования и т.п.

Для предупреждения потерь информации, связанных с возможностью естественного выхода накопителей из строя, можно рекомендовать ряд простых и в то же время достаточно эффективных мер, которые, в общем-то, широко известны, однако не всегда применяются пользователями на практике.

К таким мерам прежде всего относится регулярное и систематическое создание резервных копий или архивирование важной текущей информации на резервном носителе. Кроме того, большую пользу может принести регулярное применение диагностического ПО и программ дефрагментации (например, Norton Utilities).

Регулярная диагностика поможет своевременно заметить постепенный отказ накопителя, основные симптомы которого - падение производительности и появление сбойных блоков данных. В таких ситуациях необходимо побеспокоиться о сохранении нужной информации на другом накопителе, а диагностику ненадежного накопителя на предмет возможности его дальнейшей эксплуатации необходимо проводить на специальном технологическом оборудовании.

Размещено на Allbest.ru