Гермозона - гермоблок жёсткого диска

Устройство современного жёсткого диска

Современные жёсткие диски, несмотря на кажущуюся простоту устройства, можно смело отнести в высокотехнологичным устройствам и тому есть несколько причин, например наличие высокоточной механики, работающей под управлением очень сложного программного обеспечения.

Большинство современных пользователей персональных компьютеров и ноутбуков даже не подозревает, как устроен жёсткий диск и потому зачастую совершают ряд очень распространённых ошибок, приводящих к выходу из строя накопителя.

Современный жёсткий диск по большому счёту состоит из двух компонентов - гермозоны (гермоблока) и платы управления (электроники). В свою очередь, каждый из этих компонентов состоит из множества других, более мелких, зачастую даже узкоспециализированных. Рассмотрим каждый из компонентов по отдельности:

Плата управления - электроника жёсткого диска

Плата управления жёсткого диска - узкоспециализированный компьютер, назначением которого является обмен информацией с материнской платой компьютера и управлением внутренних процессор, происходящих в жёстком диске.

Рассмотрим назначение наиболее важных элементов платы управления. Самая крупная микросхема на плате - центральный процессор. Не заблуждайтесь, это далеко не такой же процессор, как скажем в наших домашних компьютерах или ноутбуках. Это специализированный, цифро-аналоговый процессор, который занимается обработкой как цифровой информации, поступающей с компьютера, так и аналоговой информации, поступающей с блока магнитных голов. По некоторым характеристикам такие специализированные процессоры могут превосходить Intel Core I7, даже не смотря на меньшую тактовую частоту.

Вторым важным компонентом (правее процессора) является микросхема DRAM - это ничто иное как кэш память жёсткого диска. Почему она нужна, я объяснять не буду, так как не расскажу ничего нового, скажу лишь, что её назначение мало чем отличается от кэша центральных процессоров наших компьютеров.

Третьим важным компонентом является драйвер двигателя (на фотографии третья по размеру микросхема, чуть правее микросхемы памяти). Назначение данной микросхемы определяет её название - запуск и остановка шпиндельного двигателя, контроль его оборотов, управление сервоприводом и у некоторых дисков, формирование напряжения питания некоторых компонентов и узлов.

Есть ещё один очень важный компонент на плате управления - ПЗУ в данном случае она расположена чуть ниже микросхемы DRAM (чёрная, по 4 ножки с каждой из двух сторон). В этой микросхеме находится базовая программа и стартовая адаптивная информация, необходимая для успешного запуска и инициализации жёсткого диска. Основной же программный код находится на магнитных пластинах носителя в так называемой служебной зоне. В последнее время, на самых современных жёстких дисках такая микросхема отсутствует, её содержимое теперь находится в процессоре жёсткого диска и жёстко связано с содержимым служебной информации, иными словами это делает невозможным ремонт жёсткого диска методом замены платы управления.

Гермозона - гермоблок жёсткого диска

Гермоблок жёсткого диска - высокоточное устройство, в котором взаимодействую несколько очень важных компонентов. Данное устройство состоит из следующих компонентов - шпиндельного двигателя, пакета магнитных пластин, блока магнитных голов, находящихся на гибких подвесах, сервопривода, постоянного магнита и коммутатора - предусилителя.

Рассмотрим назначение каждого компонента по отдельности:

1. Шпиндельный двигатель - это устройство, состоящее из двух компонентов - двигателя, сделанного на жидкостных подшипниках и шпинделя, к которому крепятся магнитные пластины. Скорость вращения шпинделя у современных жёстких дисков составляет 5400, 5900, 7200, 10000 и 15000 тысяч оборотов в минуту. Скорость вращения напрямую влияет на некоторые аспекты производительности накопителя.

2. Пакет магнитных пластин - это то самое место, на котором хранится наша ценная информация. Магнитные пластины современных жёстких дисков изготавливают из специальных биметаллических сплавов, обладающих очень маленьким коэффициентом температурного расширения с нанесением специализированного магнитного покрытия. Некоторые производители жёстких дисков в качестве основы используют стекло с напылением магнитного слоя. К основным характеристикам магнитных пластин можно отнести плотность хранения данных и чем выше она, тем более производительным будет жёсткий диск. У некоторых моделей жёстких дисков производители специально занижают плотность, тем самым уменьшая объём жёсткого диска. Делается это для уменьшения количества брака, неизбежно возникающего в результате производства. Поэтому, например, жёсткие диски Seagate 7200.12 ёмкостью 500Gb и 160Gb будут иметь разную производительность, естественно не в пользу младшего собрата.

3. Поворотная рамка сервопривода (позиционера) и постоянный магнит образую так называемый сервопривод. Это устройство занимается тем, что перемещает магнитные головки по поверхности магнитных пластин.

4. Блок магнитных голов. Прямым назначением данного устройства является чтение и запись информации. На устройство блока магнитных голов необходимо обратить особое внимание. Размер каждой головки меньше спичечной и это при том, что каждая из головок состоит из "канала чтения" и "канала записи". Переключением режимов чтения, записи, а так же выбором активной головки занимается специализированная микросхема, именуемая "коммутатор - предусилитель". Ещё одним немаловажным моментов является то, что у современных жёстких дисков головки "плавают" над поверхностью пластин на расстоянии несколько нанометров, а у самых современных, сделанных по технологии перпендикулярной записи ещё и могут изменять расстояние до магнитной пластины. Такие маленькие расстояния к сожалению очень пагубно сказываются на удароустойчивости современных жёстких дисков. В результате падения, либо сильной тряски магнитные головки могут задеть поверхность магнитных пластин и тогда происходит либо прилипание голов к пластине, либо обрыв магнитных голов, либо просто их повреждение. В некоторых случаях повреждаются и пластины - остаются царапины, которые нельзя отполировать, отшлифовать, программно обойти и т.д. К сидению !!! Подвесы, на которых находятся магнитные головки гибкие и во время работы головки "плавают" только за счёт воздушного потока, создаваемого вращением пластин !!! По этому будьте осторожны при работе с ноутбуком либо портативным жёстким дисков !!!

Жёсткий диск

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Работа жёсткого диска

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винче́стер» — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм^[1]), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

По одной из версий название «винчестер» (англ. Winchester) накопитель получил благодаря работавшему в фирме IBM Кеннету Хотону (англ. Kenneth E. Haughton), руководителю проекта, в результате которого в 1973 году был выпущен жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 МБ каждый, что по созвучию совпало с обозначением популярного охотничьего оружия — винтовки Winchester Model 1894, использующего винтовочный патрон .30-30 Winchester. Также существует версия^[4], что название произошло исключительно из-за названия патрона, также выпускавшегося Winchester Repeating Arms Company, первого созданного в США боеприпаса для гражданского оружия «малого» калибра на бездымном порохе, который превосходил патроны старых поколений по всем показателям и немедленно завоевал широчайшую популярность.

В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слова «винт» (наиболее используемый вариант).

Характеристики

Интерфейс (англ. interface) — техническое средство взаимодействия 2-х разнородных устройств, что в случае с жёсткими дисками является совокупностью линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии (контроллеры интерфейсов), и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на сентябрь 2011 г. достигает 4000 ГБ (4 Терабайт) и близится к 5 Тб^[5]. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину (см.: двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.^[6][7]

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension). Почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time) — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5 мс^[9]). Для сравнения, у SSD-накопителей этот параметр меньше 1 мс.

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

Количество операций ввода-вывода в секунду(англ. IOPS) — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе:

• внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с;
• внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Уровень шума

Силиконовые шайбы для крепления жестких дисков. Уменьшают вибрацию и шум.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Для снижения шума от жестких дисков применяют следующие методы:

• Программный, c помощью настройки, встроенной в большинство современных дисков, системы AAM. Переключение жёсткого диска в малошумный режим приводит к снижению производительности в среднем на 5-25 %, но делает шум при работе практически неслышным.
• Использование шумопоглощающих устройств^[, закрепления дисков на резиновых или силиконовых шайбах или даже полная замена крепления на гибкую подвеску.

Производители

Изначально на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся множеством компаний. В связи с ужесточением конкуренции, бурным ростом ёмкости, требующим современных технологий, и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции.

Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок настольных накопителей в 2001 году из-за фатальной неудачи, связанной с массово выходившей из строя микросхемой контроллера Cirrus Logic на самом диске (в 2009 году производство жёстких дисков было полностью передано компании Toshiba). До этого жёсткие диски Fujitsu считались лучшими в секторе настольных компьютеров, имея превосходные характеристики вращающихся поверхностей, практически без перенесённых на заводе секторов. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Достаточно яркий след в истории жёстких дисков оставила компания Quantum, но и она в начале 2000-ных потерпела неудачи, даже ещё более фатальные, чем IBM и Fujitsu. В отличие от IBM, где окислялись контакты неудачно выполненного разъёма гермобанки, в жёстких дисках Quantum серии CX выходила из строя микросхема коммутатора головок, расположенная в гермобанке диска, что приводило к весьма дорогостоящему извлечению данных с вышедшего из строя диска. Жёсткие диски выпускала и компания Nec. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2001 году Maxtor выкупила подразделение жёстких дисков компании Quantum, и тоже не избежала проблем с репутацией из-за так называемых «тонких» дисков. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner Peripherials, которую впоследствии купила Seagate. В первой половине 1990-х существовала фирма Micropolis, производившая очень дорогие SCSI-диски premium-класса для серверов. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники шпинделя, поставлявшиеся фирмой Nidec, и Micropolis понесла фатальные убытки на возвратах, разорилась и была полностью выкуплена компанией Seagate. Бывшее подразделение IBM, чьи диски доселе считались практически эталонными, после фатальных неудач, связанных с массовыми отказами дисков для настольных компьютеров в начале 2000 годов, выкупленное фирмой Hitachi, весной 2011 года приобрела компания Western Digital.^{[источник не указан 310 дней]} В то же время Samsung продала своё HDD подразделение Seagate.^[12] На 2011 год осталось всего 3 производителя — Seagate Technology, Western Digital и Toshiba.^{[источник не указан 310 дней]}

В настоящее время в связи с продвижением на рынок внешних накопителей и развитием технологий типа SSD количество фирм, предлагающих готовые решения, вновь возросло.

Устройство