Из какого металла сделан жесткий диск компьютера

Немного о смерти жестких дисков и их кишочках.

Бывает интересно, что внутри всяких технологически продвинутых устройств. Практически у всех в компьютерах и ноутбуках стоят или стояли накопители на основе жестких дисков HDD они же в простонародье винчестеры или винты, вот их я сейчас и препарирую в этот обзоре, и немного прокомментирую их устройство, так сказать для общего развития.
Все жесткие диски, в этом обзоре, умерли своей смертью :), рабочая поверхность покрылись сбойными секторами, что привело к возможной потере данных. У серверных, возможно, сработала предварительная диагностика, порекомендовавшая заменить их до возможного выхода из строя.
Хотя сейчас уже используются и более дорогие твердотельные SDD, но речь не о них, так как их “кишочки” не так красивы и интересны :)

Я препарирую 3 жестких диска, обычный для домашнего или офисного компьютера размера 3,5 дюйма, серверный размера 2,5 дюйма и серверный 3,5 дюйма.
Еще на заре персональных компьютеров x86, были диски 5,25 дюймов, но мне таких не удалось подержать в руках, это были жутко редкие монстры. Так же в некоторых особо компактных ноутбуках были диски размером 1,8 дюйма, а для профессиональных фотоаппаратов были жесткие диски в формате карт памяти Campact Flash. Эти атавизмы тоже как то прошли мимо моих рук.

Первый имеет старый интерфейс подключения IDE, второй имеет современный скоростной SAS, третий скоростной но старый SCSI. По этикеткам видно что их объемы 40, 146 и 70 Гигабайт, а скорости вращения у обычного 7200, а у серверных по 15000 оборотов в минуту. Высокая скорость вращения позволяет записывать и читать данные с более высокой скоростью, но и накладывает значительно большие требования к аппаратной составляющей дисков, подшипникам, качеству “блинов”, свойствам головок, геометрии гермоблоков.
Емкость серверных жестких дисков всегда ниже чем у домашних и офисных. И далее мы поймем почему.

Далее вскрываем крышки гермоблоков:

Сразу скажу что основная часть жестких дисков не герметичны! Более того в них тот же воздух и под тем же давлением что и снаружи. Они “дышат”, т.е. при нагревании часть воздуха расширяясь выходит их корпуса, при охлаждении обратно засасывается! Единственно что отделят внутренний воздух от внешнего это фильтры тончайшей очистки.
Производители начали делать герметичные жесткие диски, наполняя их гелием, что позволяет увеличить количество блинов в корпусе и соответственно емкость. На середину 2019 г. до 16 Тб в для систем хранения данных.
Видно, что внутренности у всех примерно одинаковы. Круглое, это и есть “блин” с данными. Он бывает из алюминия или из стекла. На него нанесено магнитное покрытие которое хранит все ваши данные, диск С, возможно D, E, операционную систему, всякие фотки, документы, фильмы, музыку и тд и тп. Далее видим коромысло с магнитными головками, которые эти данные читают и пишут. В левом нижнем углу магнитную систему для приведения этого коромысла в движение. Далее на первом диске в левом верхнем, на втором там же и чуть правее середины, на третьем справа от блина видим белые подушки, это внутренние фильтры через которые проходят потоки воздух при вращении блинов. Они предназначены для очистки внутреннего воздуха о возможного мусора образующегося при работе внутренних механизмов. Так же видно, что на серверных винтах есть абсорбционные подушки для поглощения влаги, на втором диске внизу справа на третьем внизу по середине.
Так же есть некоторые конструктивные особенности.
1) Различные размеры “блинов”, т.к. скорость вращения на серверных винчестерах выше, то и центростремительная сила у них выше. Т.е. чем больше скорость и больше радиус диска тем больше возникает усилий на разрыв на его краях. Технологически дешевле сделать диски меньше, чем придумывать новые материалы и технологии, способные выдержать такие перегрузки. На меньший диск помещается соответственно и меньше данных.
2) В выключенном состоянии магнитные головки запаркованы по разному. В первом и втором диске они паркуются на “нулевой” дорожке которая ближе к центру, на третьем они паркуются за пределами блинов на специальной “парковке”, где сами головки не соприкасаются ни с чем.
3) Вы этого не по фоткам не почувствуете, но третий серверный диск значительно тяжелее бытового. Это видно по более толстым стенкам корпуса, а его крышка толще и снабжена дополнительной стальной пластиной. Более толстый и тяжелый корпус лучше отводит тепло, образующееся во время работы двигателя, трения блинов об воздух, трения воздуха об стенки корпуса, и лучше поглощает вибрацию как самого диска так и передающуюся с корпуса сервера или дискового массива где может находится этот винчестер.
Кстати, скорость чтения и записи по всей поверхности блина различна, ближе к центру она ниже, а к внешней стороне выше. Это связано с тем что длинна окружности в центре меньше чем на краю, а значит и данных в ней помещается меньше.

Далее диски поближе:

Тут всего один блин и одна головка сверху него. Соответственно одна сторона и есть 40 Гб.

Анатомия накопителей: жёсткие диски

Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, это не новое супергеройское трио из вселенной Marvel. Речь идёт о хранении наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно где-то их хранить, надёжно и стабильно, чтобы мы могли иметь к ним доступ и изменять за мгновение ока. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о жёстких дисках!

Итак, давайте погрузимся в изучении анатомии устройств, которые мы сегодня используем для хранения миллиардов битов данных.

You spin me right round, baby

Механический накопитель на жёстких дисках (hard disk drive, HDD) был стандартом систем хранения для компьютеров по всему миру в течение более 30 лет, но лежащие в его основе технологии намного старше.

Первый коммерческий HDD компания IBM выпустила в 1956 году, его ёмкость составляла аж 3,75 МБ. И в целом, за все эти годы общая структура накопителя не сильно изменилась. В нём по-прежнему есть диски, которые используют для хранения данных намагниченность, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Изменился же, и очень сильно, объём данных, который можно на них хранить.

Читайте также:
Забивной стакан для скважины своими руками

В 1987 году можно было купить HDD на 20 МБ примерно за 350 долларов; сегодня за такие же деньги можно купить 14 ТБ: в 700 000 раз больший объём.

Мы рассмотрим устройство не совсем такого размера, но тоже достойное по современным меркам: 3,5-дюймовый HDD Seagate Barracuda 3 TB, в частности, модель ST3000DM001, печально известную своим высоким процентом сбоев и вызванных этим юридических процессов. Изучаемый нами накопитель уже мёртв, поэтому это будет больше похоже на аутопсию, чем на урок анатомии.

Основную массу жёсткого диска составляет литой металл. Силы внутри устройства при активном использовании могут быть довольно серьёзными, поэтому толстый металл препятствует изгибанию и вибрациям корпуса. Даже в крошечных 1,8-дюймовых HDD в качестве материала корпуса используются металл, однако обычно они делаются не из стали, а из алюминия, потому что должны быть как можно более лёгкими.

Перевернув накопитель, мы видим печатную плату и несколько разъёмов. Разъём в верхней части платы используется для двигателя, вращающего диски, а нижние три (слева направо) — это контакты под перемычки, позволяющие настраивать накопитель под определённые конфигурации, разъём данных SATA (Serial ATA) и разъём питания SATA.

Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных компьютерах это стандартная система, используемая для подключения приводов к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество ревизий, и сейчас мы пользуемся версией 3.4. Наш труп жёсткого диска имеет более старую версию, но различие заключается только в одном контакте в разъёме питания.

В подключениях передачи данных для приёма и получения данных используется дифференцированный сигнал: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных в жёсткий диск, а контакты B — для получения этих сигналов. Подобное использование спаренных проводников значительно снижает влияние на сигнал электрического шума, то есть устройство может работать быстрее.

Если говорить о питании, то мы видим, что в разъёме есть по паре контактов каждого напряжения (+3.3, +5 и +12V); однако большинство из них не используется, потому что HDD не требуется много питания. Эта конкретная модель Seagate при активной нагрузке использует менее 10 Вт. Контакты, помеченные как PC, используются для precharge: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (это называется горячей заменой (hot swapping)).

Контакт с меткой PWDIS позволяет удалённо перезагружать (remote reset) жёсткий диск, но эта функция поддерживается только с версии SATA 3.3, поэтому в моём диске это просто ещё одна линия питания +3.3V. А последний контакт, помеченный как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жёсткий диск технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.

Перед тем, как компьютер сможет их использовать, диски внутри устройства (которые мы скоро увидим), должны раскрутиться до полной скорости. Но если в машине установлено много жёстких дисков, то внезапный одновременный запрос питания может навредить системе. Постепенная раскрутка шпинделей полностью устраняет возможность таких проблем, но при этом перед получением полного доступа к HDD придётся подождать несколько секунд.

Сняв печатную плату, можно увидеть, как она соединяется с компонентами внутри устройства. HDD не герметичны, за исключением устройств с очень большими ёмкостями — в них вместо воздуха используется гелий, потому что он намного менее плотный и создаёт меньше проблем в накопителях с большим количеством дисков. С другой стороны, не стоит и подвергать обычные накопители открытому воздействию окружающей среды.

Благодаря использованию таких разъёмов минимизируется количество входных точек, через которые внутрь накопителя могут попасть грязь и пыль; в металлическом корпусе есть отверстие (большая белая точка в левом нижнем углу изображения), позволяющее сохранять внутри давление окружающей среды.

Теперь, когда печатная плата снята, давайте посмотрим, что находится внутри. Тут есть четыре основных чипа:

  • LSI B64002: чип основного контроллера, обрабатывающий инструкции, передающий потоки данных внутрь и наружу, корректирующий ошибки и т.п.
  • Samsung K4T51163QJ: 64 МБ DDR2 SDRAM с тактовой частотой 800 МГц, используемые для кэширования данных
  • Smooth MCKXL: управляет двигателем, крутящим диски
  • Winbond 25Q40BWS05: 500 КБ последовательной флеш-памяти, используемой для хранения встроенного ПО накопителя (немного похожего на BIOS компьютера)

Компоненты печатной платы различных HDD могут отличаться. Для больших объёмов требуется больше кэша (в самых современных монстрах может быть до 256 МБ DDR3), а чип основного контроллера может быть чуть более изощрённым в обработке ошибок, но в целом различия не так велики.

Открыть накопитель просто, достаточно открутить несколько болтов Torx и вуаля! Мы внутри…

Учитывая, что он занимает основную часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг; несложно понять, почему накопители называются дисковыми. Правильно их называть пластинами; они изготавливаются из стекла или алюминия и покрываются несколькими слоями различных материалов. Этот накопитель на 3 ТБ имеет три пластины, то есть на каждой стороне одной пластины должно храниться 500 ГБ.

Изображение довольно пыльное, такие грязные пластины не соответствуют точности проектирования и производства, необходимого для их изготовления. В нашем примере HDD сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но отполирован до такой степени, что средняя высота отклонений на поверхности меньше 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).

Базовый слой имеет глубину всего 0,0004 дюйма (10 микронов) и состоит из нескольких слоёв материалов, нанесённых на металл. Нанесение выполняется при помощи химического никелирования с последующим вакуумным напылением, подготавливающих диск для основных магнитных материалов, используемых для хранения цифровых данных.

Этот материал обычно является сложным кобальтовым сплавом и составлен из концентрических кругов, каждый из которых примерно 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 нм) в глубину. На микроуровне сплавы металлов образуют зёрна, похожие на мыльные пузыри на поверхности воды.

Каждое зерно обладает собственным магнитным полем, но его можно преобразовать в заданном направлении. Группирование таких полей приводит к возникновению битов данных (0 и 1). Если вы хотите подробнее узнать об этой теме, то прочитайте этот документ Йельского университета. Последними покрытиями становятся слой углерода для защиты, а потом полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина составляет не больше 0,0000005 дюйма (12 нм).

Читайте также:
Заточной станок для цепей бензопил своими руками

Скоро мы увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими строгими допусками, но всё-таки удивительно осознавать, что всего за 15 долларов можно стать гордым владельцем устройства, изготовленного с нанометровой точностью!

Однако давайте снова вернёмся к самому HDD и посмотрим, что же в нём есть ещё.

Жёлтым цветом показана металлическая крышка, надёжно крепящая пластину к электродвигателю привода шпинделя — электроприводу, вращающему диски. В этом HDD они вращаются с частотой 7200 rpm (оборотов/мин), но в других моделях могут работать медленнее. Медленные накопители имеют пониженный шум и энергопотребление, но и меньшую скорость, а более быстрые накопители могут достигать скорости 15 000 rpm.

Чтобы снизить урон, наносимый пылью и влагой воздуха, используется фильтр рециркуляции (зелёный квадрат), собирающий мелкие частицы и удерживающий их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Над дисками и рядом с фильтром есть один из трёх разделителей пластин: помогающих снижать вибрации и поддерживать как можно более равномерный поток воздуха.

В левой верхней части изображения синим квадратом указан один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, указанного красным цветом. Давайте отделим эти детали, чтобы видеть их лучше.

То, что выглядит как белый пластырь — это ещё один фильтр, только он очищает частицы и газы, попадающие снаружи через отверстие, которое мы видели выше. Металлические шипы — это рычаги перемещения головок, на которых находятся головки чтения-записи жёсткого диска. Они с огромной скоростью движутся по поверхности пластин (верхней и нижней).

Посмотрите это видео, созданное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько они быстрые:

В конструкции не используется чего-то вроде шагового электродвигателя; для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.

Обобщённо их называют звуковыми катушками, потому что они используют тот же принцип, который применяется в динамиках и микрофонах для перемещения мембран. Ток генерирует вокруг них магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное стержневыми постоянными магнитами.

Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть чрезвычайно точным, как и всё остальное в накопителе. У некоторых жёстких дисков есть многоступенчатые рычаги, которые вносят небольшие изменения в направление только одной части целого рычага.

В некоторых жёстких дисках дорожки данных накладываются друг на друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording), и её требования к точности и позиционированию (то есть к попаданию постоянно в одну точку) ещё строже.

На самом конце рычагов есть очень чувствительные головки чтения-записи. В нашем HDD содержится 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головки подвешены на сверхтонких полосках металла.

И здесь мы можем увидеть, почему умер наш анатомический образец — по крайней мере одна из головок разболталась, и что бы ни вызвало изначальный повреждение, оно также погнуло один из рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что, как видно ниже, очень сложно получить её качественный снимок обычной камерой.

Однако мы можем разобрать отдельные части. Серый блок — это специально изготовленная деталь под названием «слайдер»: когда диск вращается под ним, поток воздуха создаёт подъёмную силу, поднимая головку от поверхности. И когда мы говорим «поднимает», то имеем в виду зазор шириной всего 0,0000002 дюйма или меньше 5 нм.

Чуть дальше, и головки не смогут распознавать изменения магнитных полей дорожки; если бы головки лежали на поверхности, то просто поцарапали бы покрытие. Именно поэтому нужно фильтровать воздух внутри корпуса накопителя: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.

Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает с общей аэродинамикой. Однако чтобы увидеть части, выполняющие чтение и запись, нам нужна фотография получше.

На этом изображении другого жёсткого диска устройства чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись выполняется системой тонкоплёночной индуктивности (thin film induction, TFI), а чтение — туннельным магнеторезистивным устройством (tunneling magnetoresistive device, TMR).

Создаваемые TMR сигналы очень слабы и перед отправкой должны проходить через усилитель для повышения уровней. Отвечающий за это чип находится рядом с основанием рычагов на изображении ниже.

Как сказано во введении к статье, механические компоненты и принцип работы жёсткого диска почти не изменились за многие годы. Больше всего совершенствовалась технология магнитных дорожек и головок чтения-записи, создавая всё более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводило к увеличению объёма хранимой информации.

Однако механические жёсткие диски имеют очевидные ограничения скорости. На перемещение рычагов в нужное положение требуется время, а если данные разбросаны по разным дорожкам на различных пластинах, то на поиски битов накопитель будет тратить довольно много микросекунд.

Прежде чем переходить к другому типу накопителей, давайте укажем ориентировочные показатели скорости типичного HDD. Мы использовали бенчмарк CrystalDiskMark для оценки жёсткого диска WD 3.5″ 5400 RPM 2 TB:

В первых двух строчках указано количество МБ в секунду при выполнении последовательных (длинный, непрерывный список) и случайных (переходы по всему накопителю) чтения и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке показана средняя задержка (время в микросекундах) между передачей операции чтения или записи и получением значений данных.

В общем случае мы стремимся к тому, чтобы значения в первых трёх строчках были как можно больше, а в последней строчке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих числах, мы просто используем их для сравнения, когда будем рассматривать другой тип накопителя: твердотельный накопитель.

Читайте также:
Изготовление планктона для ловли толстолобика своими руками

Из чего состоит жесткий диск

HDD, жёсткий диск, винчестер — всё это названия одного хорошо известного устройства хранения данных. В этом материале мы расскажем вам о технической основе таких накопителей, о том, каким образом на них может храниться информация, и об остальных технических нюансах и принципах функционирования.

Устройство жёсткого диска

Исходя из полного названия данного запоминающего устройства — накопитель на жёстких магнитных дисках (НЖМД) — можно без особых усилий понять, что лежит в основе его работы. Благодаря своей дешевизне и долговечности эти носители информации устанавливают в различные компьютеры: ПК, ноутбуки, серверы, планшеты и т.д. Отличительной чертой HDD является возможность хранить огромные объёмы данных, обладая при этом совсем небольшими габаритами. Ниже мы расскажем о его внутреннем устройстве, принципах работы и прочих особенностях. Приступим!

Гермоблок и плата электроники

Зелёная стеклоткань и дорожки из меди на ней, вместе с разъёмами для подключения блока питания и гнездом SATА называются платой управления (Printed Circuit Board, PCB). Данная интегральная схема служит для синхронизации работы диска с ПК и руководством всех процессов внутри HDD. Корпус из алюминия чёрного цвета и то, что внутри него, называется герметичным блоком (Head and Disk Assembly, HDA).

В центре интегральной схемы расположен чип большого размера — это микроконтроллер (Micro Controller Unit, MCU). В сегодняшних HDD микропроцессор содержит в себе два компонента: центральный вычислительный блок (Central Processor Unit, CPU), который занимается всеми расчётами, и канал чтения и записи — специальное устройство, переводящее аналоговый сигнал с головки в дискретный, когда она занята чтением и наоборот — цифровой в аналоговый во время записи. Микропроцессор обладает портами ввода/вывода, при помощи которых он управляет остальными элементами, расположенными на плате, и совершает обмен информацией через SATA-подключение.

Другой чип, расположенный на схеме, является DDR SDRAM памятью (memory chip). Её количество предопределяет объём кеша винчестера. Данный чип разделён на память прошивки, частично содержащуюся во флеш-накопителе, и буферную, необходимую процессору для того, чтобы загружать модули прошивки.

Третий чип называется контроллером управления двигателем и головками (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Он управляет дополнительными источниками электропитания, которые расположены на плате. От них получают питание микропроцессор и предусилитель-коммутатор (preamplifier), содержащийся в герметичном блоке. Этот контроллер требует больше энергии, чем остальные компоненты на плате, так как отвечает за вращение шпинделя и движение головок. Ядро предусилителя-коммутатора способно работать, будучи нагретым до 100° C! Когда на НЖМД подаётся питание, микроконтроллер выгружает содержимое флеш-микросхемы в память и начинает выполнение заложенных в неё инструкций. Если коду не удастся должным образом загрузиться, то HDD не сможет даже начать раскрутку. Также флеш-память может быть встроена в микроконтроллер, а не содержаться на плате.

Расположенный на схеме датчик вибрации (shock sensor) определяет уровень тряски. Если он сочтёт её интенсивность опасной, то будет послан сигнал контроллеру управления двигателем и головками, после чего он немедленно паркует головки или вовсе останавливает вращение HDD. В теории, данный механизм призван обеспечивать защиту HDD от различных механических повреждений, правда, на практике у него это не сильно выходит. Поэтому не стоит ронять жёсткий диск, ведь это способно повлечь за собой неадекватную работу вибродатчика, что может стать причиной полной неработоспособности устройства. Некоторые НЖМД обладают сверхчувствительными к вибрации датчиками, которые реагируют на малейшее её проявление. Данные, которые получает VCM, помогают в корректировке движения головок, поэтому диски оборудуются как минимум двумя такими датчиками.

Ещё одно устройство, созданное для защиты HDD — ограничитель переходного напряжения (Transient Voltage Suppression, TVS), призванный предотвращать возможный выход из строя в случае скачков напряжения. На одной схеме таких ограничителей может быть несколько.

Поверхность гермоблока

Под интегральной платой располагаются контакты от моторов и головок. Тут же можно увидеть почти невидимое техническое отверстие (breath hole), которое выравнивает давление внутри и снаружи герметичной зоны блока, разрушающее миф о том, что внутри винчестера находится вакуум. Внутренняя его область покрыта специальным фильтром, который не пропускает пыль и влагу непосредственно в HDD.

Внутренности гермоблока

Под крышкой герметичного блока, представляющей собой обычный пласт металла и резиновую прокладку, которая защищает его от попадания влаги и пыли, находятся магнитные диски.

Они также могут называться блинами или пластинами (platters). Диски обычно создаются из стекла или алюминия, который был предварительно отполирован. Затем они покрываются несколькими слоями различных веществ, в числе которых присутствует и ферромагнетик — благодаря ему и имеется возможность записывать и хранить информацию на жёстком диске. Между пластинами и над самым верхним блином располагаются разделители (dampers or separators). Они выравнивают потоки воздуха и снижают акустические шумы. Обычно изготавливаются из пластика или алюминия.

Сепараторные пластины, которые были изготовлены из алюминия, лучше справляются с понижением температуры воздуха внутри герметичный зоны.

Блок магнитных головок

На концах кронштейнов, находящихся в блоке магнитных головок (Head Stack Assembly, HSA), расположены головки чтения/записи. Когда шпиндель остановлен, они должны находиться в препаровочной области — это место, где располагаются головки исправного жёсткого диска в то время, когда вал не работает. В некоторых HDD парковка происходит на пластиковых препаровочных областях, которые расположены вне пластин.

Для нормальной работы жёсткого диска требуется как можно более чистый воздух, содержащий минимум сторонних частиц. Со временем в накопителе образовываются микрочастицы смазки и металла. Чтобы их выводить, HDD оборудуются циркуляционными фильтрами (recirculation filter), которые постоянно собирают и задерживают очень маленькие частицы веществ. Они устанавливаются на пути воздушных потоков, которые образуются из-за вращения пластин.

В НЖМД устанавливают неодимовые магниты, способные притягивать и удерживать вес, который может больше собственного в 1300 раз. Предназначение этих магнитов в HDD — ограничение движения головок путем удержания их над пластиковыми или алюминиевыми блинами.

Ещё одной частью блока магнитных головок является катушка (voice coil). Вместе с магнитами она образует привод БМГ, который вместе с БМГ составляет позиционер (actuator) — устройство, перемещающее головки. Защитный механизм для этого устройства называется фиксатором (actuator latch). Он освобождает БМГ, как только шпиндель наберёт достаточное число оборотов. В процессе освобождения участвует давление потока воздуха. Фиксатор предотвращает какие-либо движения головок в препаровочном состоянии.

Читайте также:
Изготовление термопары своими руками

Под БМГ будет находиться прецизионный подшипник. Он поддерживает плавность и точность данного блока. Тут же находится выполненная из алюминиевого сплава деталь, которая называется коромыслом (arm). На её конце, на пружинной подвеске, расположены головки. От коромысла идет гибкий кабель (Flexible Printed Circuit, FPC), ведущий в контактную площадку, которая соединяется с платой электроники.

Вот так выглядит катушка, которая соединена с кабелем:

Здесь можно увидеть подшипник:

Вот тут изображены контакты БМГ:

Прокладка (gasket) помогает обеспечить герметичность сцепления. Благодаря этому в блок с дисками и головками воздух попадает только через отверстие, которое выравнивает давление. Контакты данного диска покрыты тончайшей позолотой, что улучшает проводимость.

Типичная сборка кронштейна:

На окончаниях пружинных подвесов находятся малогабаритные детали — слайдеры (sliders). Они помогают считывать и записывать данные, поднимая головку над пластинами. В современных накопителях головки работают, располагаясь на расстоянии 5-10 нм от поверхности металлических блинов. Элементы считывания и записи информации расположены на самых концах слайдеров. Они настолько малы, что увидеть их можно только воспользовавшись микроскопом.

Эти детали не являются абсолютно плоскими, так как имеют на себе аэродинамические канавки, служащие для стабилизации высоты полёта слайдера. Воздух под ним создаёт подушку (Air Bearing Surface, ABS), которая поддерживает параллельный поверхности пластины полёт.

Предусилитель — чип, отвечающий за управление головками и усиление сигнала к ним или от них. Расположен он непосредственно в БМГ, потому как сигнал, который производят головки, обладает недостаточной мощностью (около 1 ГГц). Без усилителя в герметичной зоне он бы просто рассеялся по пути к интегральной схеме.

От этого устройства в сторону головок идёт больше дорожек, нежели к герметичной зоне. Объясняется это тем, что жёсткий диск может взаимодействовать только с одной из них в определённый момент времени. Микропроцессор отправляет запросы предусилителю, чтобы он выбрал нужную ему головку. От диска к каждой из них идёт по несколько дорожек. Они отвечают за заземление, чтение и запись, управление миниатюрными приводами, работу со специальным магнитным оборудованием, которое может управлять слайдером, что позволяет увеличить точность расположения головок. Одна из них должна вести к нагревателю, который регулирует высоту их полёта. Работает эта конструкция так: из нагревателя тепло передаётся подвеске, которая соединяет слайдер и коромысло. Подвес создаётся из сплавов, которые имеют отличающиеся параметры расширения от поступающего тепла. При повышении температуры он изгибается в сторону пластины, тем самым уменьшая расстояние от неё до головки. При уменьшении количества тепла, происходит обратное действие — головка отдаляется от блина.

Вот таким образом выглядит верхний разделитель:

На этой фотографии находится герметичная зона без блока головок и верхнего сепаратора. Также можно заметить нижний магнит и прижимное кольцо (platters clamp):

Данное кольцо сдерживает блоки блинов вместе, предотвращая всякое их движение относительно друг друга:

Сами пластины нанизаны на вал (spindle hub):

А вот что находится под верхней пластиной:

Как можно понять, место для головок создаётся при помощи специальных разделительных колец (spacer rings). Это высокоточные детали, которые производятся из немагнитных сплавов или полимеров:

На дне гермоблока находится пространство для выравнивания давления, расположенное прямо под воздушным фильтром. Воздух, который находится вне герметичного блока, безусловно, содержит в себе частицы пыли. Для решения данной проблемы, устанавливается многослойный фильтр, который гораздо толще того же циркулярного. Иногда на нём можно обнаружить следы силикатного геля, который должен абсорбировать в себя всю влагу:

Заключение

В этой статье было приведено подробное описание внутренностей HDD. Надеемся, этот материал был вам интересен и помог узнать много нового из сферы компьютерного оборудования.

Помимо этой статьи, на сайте еще 12444 инструкций.
Добавьте сайт Lumpics.ru в закладки (CTRL+D) и мы точно еще пригодимся вам.

Отблагодарите автора, поделитесь статьей в социальных сетях.

Анатомия накопителя: жесткие диски

Перевод статьи Ника Эвансона с Techspot.

Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, речь не о новом супергеройском трио из Вселенной Marvel. Это всё про наши с вами драгоценные цифровые данные. Нам нужно хранить их в надежном и постоянном месте, чтобы была возможность заполучить, либо изменить наши файлы в мгновение ока. Забудьте о Железном Человеке и Торе — сегодняшний рассказ о накопителях!

Это одна из частей цикла статьей по компьютерному железу (подраздел накопителей). Предыдущая статья. Следующая тема на очереди — SSD.

Начнем наше путешествие в мир накопителей с таких устройств, что используют магнетизм для хранения данных. Жёсткий диск (HDD) является стандартом хранения данных в мире компьютеров на протяжении более 30 лет. Однако, сама технология гораздо старше.

IBM выпустила первый коммерческий жесткий диск в 1956 году, размером в 3,75 Мб. И в целом, общая структура данных устройств практически не изменилась. Все ещё те же диски, использующие магнетизм для хранения данных, и все ещё те же девайсы для чтения/записи этой информации. Но что изменилось разительно, так это объем данных, которые могут храниться на HDD.

Еще в 1987 году вы могли купить жесткий диск объемом 20 Мб примерно за 350 долларов; сегодня за эти же деньги вы получите 14 Тб памяти: т.е. в 700 000 раз больше места.

Мы рассмотрим нечто меньшее чем этот размер, а именно 3,5-дюймовый жесткий диск Seagate Barracuda на 3 Тб (ST3000DM001). Печально известная модель в виду высокого коэффициента отказов, а также последующих судебных разбирательств. Этот образец уже мертв, так что можно сказать — это скорей вскрытие, нежели урок анатомии.

Основная часть жесткого диска состоит из литого металла. Толстый слой металла спасает корпус от вибраций и изгибов, так как устройство подвергается серьезным нагрузкам.Даже корпуса крошечных 1,8-дюймовых жестких дисков сделаны из металла. Стоит отметить что это как правило, алюминий, потому что такие девайсы должны быть легкими по весу.

Читайте также:
Измельчитель пожнивных остатков своими руками

Перевернув диск, мы обнаружим печатную плату и кучу соединений. Разъем в верхней части платы предназначен для двигателя, который вращает диски, тогда как нижние три (слева направо), позволяют настроить диск для определенных нужд, разъем данных SATA (Serial ATA) и питания SATA.

В 2000 году появился первый Serial ATA — стандарт подключений дисков к компьютеру в настольных ПК. Этот формат претерпел множество изменений. Последняя версия на данный момент 3.4. К слову, наш подопытный ЖД более старой версии, но данное упущение влияет лишь на один контакт в питании.

Для передачи и приема данных используется так называемый дифференциальный сигнал: контакты A+ и A — для передачи инструкций и данных на жесткий диск, а контакты B для приема этих сигналов. Использование таких парных проводов значительно снижает влияние электрических помех в сигнале, следовательно, пропускная способность повышается.

Теперь касаемо питания, как вы можете увидеть, существуют по паре контактов каждого напряжения (+3,3, +5 и +12 В). Но большинство из них не используются, поскольку жестким дискам не требуется много энергии. Эта конкретная модель от Seagate потребляет менее 10 Вт при больших нагрузках. Контакты питания, помеченные как PC, являются “предварительно заряженными”: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (hot swapping — горячая замена).

PWDIS контакт позволяет сбросить жесткий диск удаленно, правда только с SATA версии 3.3; так что в нашем приводе это просто еще одна линия +3,3 В. И последний контакт SSU лишь сообщает компьютеру, поддерживает ли ЖД технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.

Диски внутри девайса (которые мы увидим в сей же час) должны раскрутиться на полную скорость, прежде чем компьютер сможет использовать их. Но если в ПК установлено много жестких дисков, то внезапный и одновременный запрос в электроэнергии может нарушить работу системы.Технология постепенной раскрутки шпинделей помогает предотвратить возникновение таких проблем, но перед использованием ЖД нужно будет подождать еще несколько секунд.

Отделение платы от остальной части устройства показывает нам то, как присоединены к ней другие компоненты накопителя. Жесткие диски не герметичны, кроме накопителей со сверхбольшими емкостями. В них гелий вместо воздуха, так как он гораздо менее плотный и создает меньше проблем ЖД с большим количеством дисков внутри. Но вы также не хотите, чтобы они открыто подвергались воздействию окружающей среды.

Используя такие разъемы, можно свести к минимуму количество «точек входа» для попадания грязи и пыли внутрь привода; в металлическом корпусе есть отверстие — (большая белая точка снизу слева), благодаря которому давление воздуха остается аналогичному в окружающей среде.

Теперь когда отключена интегральная схема, взглянем же что на ней находится. Стоит обратить внимание на 4 чипа:

LSI B64002: главный микроконтроллер, который обрабатывает инструкции, поток данных, занимается исправлением ошибок и т. д.

  • Samsung K4T51163QJ: ОЗУ DDR2 SDRAM с 64 Мб памяти, с тактовой частотой 800 МГц, для кэширования данных
  • Smooth MCKXL: микроконтроллер, который управляет электромотором, вращающий диск
  • Winbond 25Q40BWS05: 500 Кб флэш-памяти для хранения прошивки накопителя (немного похоже на BIOS в ПК)
  • Компоненты печатной платы отличаются, но несущественно. Большие объемы требуют большего объема кэша (до 256 Мб DDR3 в последних «монстрах»), а чип основного контроллера может быть несколько более сложным в плане обработки ошибок.

    Открыть привод простая задача — просто раскрутите множество Torx шлицов и вуаля! Мы внутри…

    В глаза сразу бросается большой металлический круг, который занимает основное пространство сие девайса и становится очевидным почему их называют накопителями. Правильный термин для «железного блинчика» — пластина, их изготавливают из стекла или алюминия, покрытого различными соединениями. Этот ЖД объемом 3 Тб содержит в себе три диска, по 500 Гб с каждой стороны.

    Изображение этих пыльных и «волосатых» пластин не отображает ту инженерную и производственную точность требуемую для их изготовления. В нашем ЖД толщина алюминиевого диска составляет 0,04 дюйма (1 мм), но он был отполирован настолько, что средняя высота по всей поверхности составляет менее 0,000001 дюйма (примерно 30 Нм).

    Нанесенный на металл слой в 0,0004 дюйма (10 микрон) состоит из нескольких веществ. Процедура осуществляется с помощью никель-фосфорного покрытия химическим способом, а затем вакуумным напылением. Это подготавливает диск для магнитного материала, используемого для хранения цифровых данных.

    Данный материал представляет собой сложный сплав кобальта и состоит из концентрических колец, каждое из которых около 0,00001 дюйма (примерно 250 Нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 Нм) в глубину. В микроскопическом масштабе металлические сплавы образуют зерна, слово мыльные пузыри на поверхности воды.

    Каждое зерно имеет свое собственное магнитное поле и ему можно придать заданное направление. Группирование этих полей приводит к появлению 0 и 1 битов данных. Для более глубокого погружения в эту тему, прочтите данный документ Йельского университета. Конечные покрытия представляют собой слой углерода для защиты, опосля полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина достигает не более 0,0000005 дюйма (12 нм).

    Вскоре мы увидим, почему пластины изготавливаются с такими строгими допусками. Довольно удивительно, что всего за 15 долларов вы можете быть гордым владельцем девайса, изготовленного с нанометровой точностью!

    Вернемся же снова к жесткому диску и посмотрим, что там еще есть.

    Желтый квадрат обозначает металлическую крышку, которая надежно удерживает пластину с электродвигателем привода шпинделя, задача последнего — вращать диски. В этом ЖД они вращаются со скоростью 7200 об / мин, но другие модели могут работать медленнее. Более медленные накопители обладают не только низким уровнем шума и энергопотреблением, но и более низкой производительностью, в то время как другие более быстрые приводы могут достигать скорости 15 000 оборотов в минуту.

    Дабы уменьшить вредное воздействие пыли и влаги из воздуха, рециркуляционный фильтр (зеленый квадрат) собирает мельчайшие частицы и задерживает их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. На верхней части дисков, а также рядом с фильтром находится один из трех разделителей пластин: все они помогают уменьшить вибрацию, а также регулируют поток воздуха.

    Читайте также:
    Как залудить паяльник с медным жалом

    В левом верхнем углу изображения, обозначенном синей рамкой, находится один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, выделенного красным цветом. Давайте разделим некоторые из этих частей, чтобы рассмотреть их получше.

    То, что выглядит как белый пластырь является еще одним фильтром, разве, что он очищает частицы и газы попадающие через отверстия (увиденные нами ранее). Металлические шипы — это рычаги перемещения головок, которые удерживают головки чтения/записи жесткого диска. Они двигаются по поверхности пластин (сверху и снизу) с нереально высокой скоростью.

    Посмотрите это видео от Slow Mo Guys, чтобы лицезреть, насколько оно быстрые:

    Вместо того, чтобы использовать что-то вроде шагового электродвигателя, для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.

    Обычно их называют звуковыми катушками, так как это тот же самый принцип, по которому громкоговорители и микрофоны обладают ходом диффузоров. Ток создает вокруг мембран магнитное поле, которое реагирует на поле, создаваемое постоянными стержневыми магнитами.

    Не забывайте, что дорожки данных крошечные, поэтому расположение рычагов должно быть предельно точным, как и все остальное в накопителе. Некоторые жесткие диски оснащены многоступенчатыми исполнительными механизмами, которые в меньшей степени изменяют направления движения, используя только часть всего плеча.

    На некоторых ЖД дорожки данных фактически перекрывают друг друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью, а требования к точности и аккуратности (т.е. попадание в нужное положение снова и снова) еще более высоки.

    На самых концах рычагов находятся чувствительные головки для чтения/записи. Наш HDD обладает 3 пластинами и 6 головками, и каждая из них «плавает» над диском во время вращения. Для этого они подвешиваются двумя ультратонкими полосками металла.

    Именно здесь мы видим, почему наш пациент труп, по крайней мере одна из головок оторвалась, и что бы ни вызвало первоначальное повреждению, оно также погнуло один из опорных рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что обычной камерой действительно трудно заполучить хорошее изображение (как мы видим ниже).

    Хотя мы можем разобрать некоторые отдельные части. Серый блок — это специально обработанная деталь — слайдер. В то время, когда диск вращается под ним, поток воздуха создает подъемную силу, тем самым поднимая головку с поверхности. А когда мы говорим «поднимая», то имеем в виду зазор всего лишь в 0,0000002 дюйма или менее 5 нм.

    Будь головки чуть дальше положенного, и они бы не смогли обнаружить изменения магнитных полей на поверхности. Или будь они слишком близко, то покрытие бы просто царапалось. Это основная причина, почему воздух внутри корпуса диска должен быть отфильтрован: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.

    Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает в общей аэродинамике. Однако нам нужна фотография получше, дабы увидеть те части, которые выполняют чтение и запись.

    На приведенном выше изображении другого жесткого диска, части для чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись осуществляется с помощью тонкопленочной индукционной системы (TFI), а чтение — с помощью туннельного магниторезистивного устройства (TMR).

    Сигналы, производимые TMR очень слабы и перед отправкой должны пройти через усилитель для повышения уровней. Ответственная за это микросхема расположена рядом с основанием рычагов привода (на изображении ниже).

    Как уже упоминалось во введении к этой статье, механические компоненты и работа жесткого диска не сильно изменились за эти годы. Единственное что, больше всего развивается технология, лежащая в основе магнитной дорожки и головок чтения/записи. Производятся все более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводит к увеличению объема хранения.

    Однако у механических жестких дисков явные ограничения в скорости. Для перемещения рычагов привода в требуемое положение нужно время, и если данные разбросаны по разным дорожкам на отдельных пластинах, то привод будет тратить относительно большое количество микросекунд на поиск битов.

    Прежде чем мы перейдем к разбору другого типа накопителя, давайте сделаем контрольную точку в производительности типичного жесткого диска. Мы использовали CrystalDiskMark для тестирования жесткого диска WD 3.5″ 5400 RPM 2 TB:

    Первые две строки отображают пропускную способность — количество Мб в секунду для выполнения последовательного (длинный, непрерывный список) и случайного (переходы по диску) чтения и записи. Следующая строка показывает значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке отображается средняя задержка (время в микросекундах) между выполняемой операцией чтения/записи и получаемым значением данных.

    Говоря обобщенно, вы хотите, чтобы значения в первых 3 строках были как можно больше, а последняя строка — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих цифрах, это лишь показатель для сравнения со следующим типом накопителей: SSD.

    Как устроен винчестер. Часть 1

    Приветствую, друзья!

    Сегодня мы с вами поговорим о такой штуке, как винчестер. Редкий пользователь компьютера не слышал о нем!

    Винчестер, он же HDD (Hard Disk Drive), он же жесткий диск — это устройство для хранения информации.

    HDD получил свое жаргонное название по имени знаменитой винтовки, с которой белые люди завоевывали Америку. Одна из первых моделей жестких дисков обозначалась «30/30», что совпадало с калибром этого огнестрельного оружия.

    Ниже будет идти речь о компьютерных винчестерах.

    Как устроен компьютерный винчестер?

    Мы рассмотрим, ка утроен традиционный (электромеханический) винчестер, применяющийся в персональных компьютерах. Основа его — один или несколько информационных дисков. В первых моделях винчестеров использовались диски из алюминия.

    Но те первые модели имели большой размер и малую емкость.

    Гибкие и жесткие диски

    Привод для чтения и записи таких дисков назывался FDD (Floppy Disk Drive).

    Эти диски были сделаны из круглого куска пластика с нанесенным на обе стороны ферромагнитным покрытием. Они были тонкими и гибкими, поэтому привод и получил такое название. Для защиты от внешних воздействий эти диски помещались в квадратный пластиковый футляр.

    Читайте также:
    Как заточить ножницы по металлу

    Диски в HDD имеют похожее строение, но они толще и не гнутся, что и отражается в названии. На такой диск наносится с помощью центрифуги тонкий ферромагнитный слой из окислов металлов. Данные записываются и считываются с помощью магнитных головок.

    При записи в магнитную головку подается информационный сигнал, который меняет ориентацию доменов (ферромагнитных частиц) в ферромагнитном слое.

    При считывании намагниченные участки наводят ток в головке, который затем обрабатывается схемой управления (контроллером). Требования к скорости и объемам данных постоянно росли. В эту область были направлены лучшие умы мира. И жесткие диски, как и остальное компьютерное «железо» непрерывно совершенствовались.

    Диски стали делать из стекла и стеклокерамики. Это позволило уменьшить их вес, толщину и увеличить скорость вращения.

    Скорость вращения диска возросла с 3600 об/мин до 5400, 7200, а потом до 10 000 и даже до 15 00о об/мин! Для сравнения скажем, что скорость вращения диска в FDD имела величину 360 об/мин.

    Чем больше скорость вращения, тем быстрее считываются данные.

    Ферромагнитный слой

    Ферромагнитный слой на поверхность дисков может наноситься двумя способами — гальваническим осаждением и вакуумным напылением. В первом случае диск погружается в раствор солей металлов, и на него осаждается тонкая пленка металла (кобальта).

    При вакуумном напылении диск помещают в герметичную камеру, откачивают из нее воздух и с помощью электрического разряда осаждают частицы металла.

    Сверху на магнитный слой наносят защитное углеродистое покрытие. Оно предохраняет тонкий магнитный слой от разрушения (и потери информации) при возможном соприкосновении с головкой.

    Конструкция винчестера

    Винчестер может иметь один физический диск или несколько. В последнем случае диски собраны в единую конструкцию и вращаются синхронно. Каждый диск имеет две стороны с ферромагнитным слоем, данные считываются двумя различными головками (расположенными сверху и снизу).

    Головки также собраны в единую конструкцию и перемещаются синхронно.

    Механизм перемещения головок содержит в себе катушку с проводом и неподвижно закрепленный постоянный магнит. При подаче току в катушку в ней генерируется магнитное поле, взаимодействующее с магнитом. Возникающая при этом сила двигает катушку со всей подвижной частью механизма (и головками тоже).

    Механизм содержит в себе пружину, которая при отсутствии питания перемещает головки в исходное положение (зону парковки). Это предохраняет головки и диски от повреждения.

    Отметим, что небольшие неодимовые магниты, создающие постоянное магнитное поле, очень сильны!

    В рабочем состоянии диски вращаются с постоянной скоростью, головки «парят» над диском. При вращении возникает аэродинамический поток, приподнимающий головки. По мере совершенствовании технологии расстояние между головками и диском уменьшается.

    К настоящему времени доведено до нескольких десятков нанометров!

    Уменьшение расстояния позволяет увеличить плотность записи информации. Таким образом, в тот же самый объем можно втиснуть больше информации.

    Считывающие и записывающие головки

    В современных винчестерах применяются магниторезистивные головки.

    Кристалл магниторезистора может изменять свое сопротивление в зависимости от величина и направления магнитного поля. При прохождении головки над областями с различной намагниченностью ее сопротивление меняется, что улавливается схемой управления.

    Головка винчестера содержит в себе, собственно, две головки — считывающую и записывающую. Записывающая головка работает на том же принципе, что и головка в старых магнитофонах, в которых использовались кассеты с магнитной лентой.

    Она содержит разомкнутый сердечник, в зазоре которого создается магнитное поле, изменяющее ориентацию магнитных доменов на поверхности диска. «Обмотка» головки выполнена печатным способом с помощью фотолитографии.

    Шпиндель и гермоблок

    Основной двигатель винчестера (шпиндель), крутящий диск, содержит в себе гидродинамический подшипник. Он отличается от шарикоподшипника тем, что он имеет гораздо меньшее радиальное биение.

    В современных винчестерах плотность записи информации очень высока, дорожки располагаются очень близко друг к другу.

    Большая величина радиального биения не дала бы увеличить плотность записи, либо (при уменьшении расстояния между дорожками) головка «скакала» бы по соседним дорожкам в течение одного оборота. Гидродинамический подшипник содержит в себе тонкий слой смазки между подвижной и неподвижной частью.

    В заключение скажем, что шпиндель, диски, головка с приводом помещены в отдельный отсек. Первые модели винчестеров содержали негерметичные отсеки, снабженные фильтром с очень мелкими ячейками для выравнивания давления.

    Потом появились герметичные отсеки, которые имели в себе отверстие, закрытое гибкой мембраной. Мембрана может изгибаться в обе стороны, компенсируя перепад давлений воздуха внутри и вне отсека с головками.

    В следующей части статьи мы продолжим знакомство с тем, как устроен и как работает винчестер.

    С вами был Виктор Геронда. До встречи на блоге!

    Как устроен винчестер. Часть 1

    Несмотря на то, что сравнительно недавно у жесткого диска появился конкурент – SSD – твердотельный информационный накопитель, чья производительность в разы превосходит скорость работы HDD, использование жесткого диска не утратило актуальности. Причина – невысокая стоимость устройства.

    Проблем с HDD достаточно, ведь устройство является механическим. На сегодняшний день жесткий диск практически единственное механическое устройство, которое может присутствовать в современном компьютере. Конечно, не считая привода для дисков. Именно по этой причине HDD довольно уязвим. Обращаться с ним следует бережно. Пострадать он может и от тряски, и от ударов, а уж если поблизости окажется сильный магнит – можно смело готовить деньги на новый носитель информации, ибо прежний будет безнадежно размагничен.

    Гибкие и жесткие диски

    Те «винты» (еще одно жаргонное название) имели физические размеры и объем, примерно равный дисководу гибких дисков 5,25 дюйма. На заре компьютерной индустрии данные хранились и на гибких дисках (дискетах) 5,25 и 3,5 дюймов.
    Привод для чтения и записи таких дисков назывался FDD (Floppy Disk Drive).

    Эти диски были сделаны из круглого куска пластика с нанесенным на обе стороны ферромагнитным покрытием. Они были тонкими и гибкими, поэтому привод и получил такое название. Для защиты от внешних воздействий эти диски помещались в квадратный пластиковый футляр.


    Диски в HDD имеют похожее строение, но они толще и не гнутся, что и отражается в названии. На такой диск наносится с помощью центрифуги тонкий ферромагнитный слой из окислов металлов. Данные записываются и считываются с помощью магнитных головок.

    Читайте также:
    Как анодировать алюминий дома

    При записи в магнитную головку подается информационный сигнал, который меняет ориентацию доменов (ферромагнитных частиц) в ферромагнитном слое.

    При считывании намагниченные участки наводят ток в головке, который затем обрабатывается схемой управления (контроллером). Требования к скорости и объемам данных постоянно росли. В эту область были направлены лучшие умы мира. И жесткие диски, как и остальное компьютерное «железо» непрерывно совершенствовались.

    Диски стали делать из стекла и стеклокерамики. Это позволило уменьшить их вес, толщину и увеличить скорость вращения.

    Скорость вращения диска возросла с 3600 об/мин до 5400, 7200, а потом до 10 000 и даже до 15 00о об/мин! Для сравнения скажем, что скорость вращения диска в FDD имела величину 360 об/мин.

    Чем больше скорость вращения, тем быстрее считываются данные.

    Из какого металла сделан жесткий диск компьютера

    Что такое HDD, жёсткий диск и винчестер — эти слова являются разными широко распространёнными терминами одного и того же устройства, входящего в состав компьютера. В связи с необходимостью хранения информации на компьютере появились устройства, хранители информации как жёсткий диск и стали неотъемлемой частью персонального компьютера.

    Ранее на первых вычислительных машинах информация хранилась на перфолентах — это картонная бумага с пробитыми дырками, следующим шагом человека в развитие компьютера появилась магнитная запись, принцип работы которой сохранён в нынешних жёстких дисках. В отличие от сегодняшних терабайтных HDD, информация для сохранения помещаемая на них насчитывала десятки килобайт, это ничтожные размеры по сравнению с сегодняшней информацией.

    Для чего нужен HDD и его функционал

    Жёсткий диск — это постоянное запоминающее устройство компьютера, то есть, его основная функция — долговременное хранение данных.

    HDD в отличие от оперативной памяти не считается энергозависимой памятью, то есть, после отключения питания от компьютера, а потом как следствие и от жёсткого диска, вся информация, ранее сохранённая на этом накопителе, обязательно сохранится.

    Получается, что жёсткий диск служит лучшим местом на компьютере для хранения личной информации: файлы, фотографии, документы и видеозаписи, явно будут долго храниться именно на нём, а сохранённую информацию можно будет использовать и в дальнейшем в своих нуждах.

    Операционная система, чаще всего это именно Windows, тоже устанавливается в раздел жёсткого диска.

    Сама информация, сохранённая на компьютерном жёстком диске совсем не обязательно должна храниться на нём вечно, а даже наоборот, по мере её ненадобности, HDD нужно от неё очищать, путём её удаления.

    Распространённые названия жёсткого диска, откуда появилось название «Винчестер»

    Ответ на вопрос что такое HDD можно сформулировать как накопитель на жёстких магнитных дисках, пожалуй, самая профильная формулировка, но также этот накопитель правильно называть: HMDD (hard magnetic disk drive от англ.), жёсткий диск, винчестер и разными производными.

    1. HDD или HMDD — здесь всё просто, перевод с английского языка — накопитель на жёстких магнитных дисках.
    2. Жёсткий диск и почему не мягкий, всё просто внутри жёсткого диска имеются пластины, они твёрдые, примерно в одно время с ним появились дискеты, у этого носителя информации, составляющей частью были гибкие (мягкие) магнитные диски — флоппи. Поэтому смех, вызванный из-за фразы: почему жёсткий диск не мягкий совершенно не обоснованный, разве только у незнающего человека.
    3. Само название винчестер ближе уже к профессиональному сленгу, появление данного названия наверняка, не известно, но существует наиболее популярная трактовка, которую рассмотрим ниже.

    Опять для понимания появления другого имени жёсткого диска как компьютерного винчестера, нужно обратиться к истории. Винчестеры раньше имели немного больший размер чем в наше время. В 1973 году выл выпущена моделью HDD 3340, сам диск же для краткости обозначался инженерами, разработавшими его «30-30», обозначавшее 2 модуля по 30 мегабайт, что дало повод найти соотношение с американской винтовкой Winchester, у которой патроны имели созвучное название 30-30 Winchester, отсюда и его название — винчестер.

    Основные моменты в работе HMDD

    HDD — это устройство хранения информации по принципу магнитной записи. Информация записывается на пластины, имеющие покрытие ферримагнитным материалом, которые расположены на одной оси. Пластины называют магнитными дисками, а в самом винчестере могут использоваться несколько магнитных пластин.

    Ферромагнитный слой

    Ферромагнитный слой на поверхность дисков может наноситься двумя способами — гальваническим осаждением и вакуумным напылением. В первом случае диск погружается в раствор солей металлов, и на него осаждается тонкая пленка металла (кобальта).

    При вакуумном напылении диск помещают в герметичную камеру, откачивают из нее воздух и с помощью электрического разряда осаждают частицы металла.

    Сверху на магнитный слой наносят защитное углеродистое покрытие. Оно предохраняет тонкий магнитный слой от разрушения (и потери информации) при возможном соприкосновении с головкой.

    Конструкция винчестера

    Винчестер может иметь один физический диск или несколько. В последнем случае диски собраны в единую конструкцию и вращаются синхронно. Каждый диск имеет две стороны с ферромагнитным слоем, данные считываются двумя различными головками (расположенными сверху и снизу).

    Головки также собраны в единую конструкцию и перемещаются синхронно.


    Механизм перемещения головок содержит в себе катушку с проводом и неподвижно закрепленный постоянный магнит. При подаче току в катушку в ней генерируется магнитное поле, взаимодействующее с магнитом. Возникающая при этом сила двигает катушку со всей подвижной частью механизма (и головками тоже).

    Механизм содержит в себе пружину, которая при отсутствии питания перемещает головки в исходное положение (зону парковки). Это предохраняет головки и диски от повреждения.

    Отметим, что небольшие неодимовые магниты, создающие постоянное магнитное поле, очень сильны!

    В рабочем состоянии диски вращаются с постоянной скоростью, головки «парят» над диском. При вращении возникает аэродинамический поток, приподнимающий головки. По мере совершенствовании технологии расстояние между головками и диском уменьшается.

    К настоящему времени доведено до нескольких десятков нанометров!

    Уменьшение расстояния позволяет увеличить плотность записи информации. Таким образом, в тот же самый объем можно втиснуть больше информации.

    Жёсткие диски

    Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках Разобранный жёсткий диск с одной дискообразной пластиной
    Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.

    Читайте также:
    Как закалить алюминий в домашних условиях

    Гермозона

    Блок головок жёсткого диска с двумя пластинами — 4 магнитные головки, записывающие/считывающие информацию с обеих поверхностей пластин Вскрытый жёсткий диск Samsung HD753LJ ёмкостью 750 Гб с тремя пластинами
    Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, дискообразные пластины с магнитным покрытием (в некоторых моделях разделённые сепараторами), а также блок головок с устройством позиционирования и электропривод шпинделя.

    Вопреки расхожему мнению, в подавляющем большинстве устройств внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом, а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану (в таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления (например, в самолёте) и температуры, а также при прогреве устройства во время работы.

    Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

    Блок головок — пакет кронштейнов (рычагов) из сплавов на основе алюминия, совмещающих в себе малый вес и высокую жёсткость (обычно по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки[источник не указан 2365 дней

    Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла (IBM), но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения составляют коммерческую тайну. Большинство бюджетных устройств содержит одну или две пластины, но существуют модели с бо́льшим числом пластин.

    Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (от 3600 до 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство

    удерживает головки в
    зоне парковки
    . Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин. Шпиндельный двигатель жёсткого диска — вентильный двигатель.

    Сепаратор (разделитель) — пластина, изготовленная из пластика или алюминия, находящаяся между пластинами магнитных дисков и над верхней пластиной магнитного диска. Используется для выравнивания потоков воздуха внутри гермозоны.

    Устройство позиционирования

    Магнит соленоидного малоинерционного двигателя, который перемещает головку жёсткого диска Блок магнитных головок жёсткого диска. Снята верхняя пластина статора соленоидного двигателя. Повреждение поверхности диска вследствие касания её магнитной головкой
    Воспроизвести медиафайл

    Вследствие физического повреждения или программного сбоя магнитные головки не могут позиционироваться над поверхностью диска

    Устройство позиционирования головок (жарг. актуатор

    ) представляет собой малоинерционный[
    источник не указан 3512 дней
    ]соленоидный двигатель. Он состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов, а также катушки (соленоида) на подвижном кронштейне блока головок. Двигатель совместно с системой считывания и обработки записанной на диск сервоинформации и контроллером (VCM controller) образует сервопривод.

    Система позиционирования головок может быть и двухприводной. При этом основной электромагнитный привод перемещает блок с обычной точностью, а дополнительный пьезоэлектрический механизм совмещает головки с магнитной дорожкой с повышенной точностью.

    Принцип работы двигателя заключается в следующем: обмотка находится внутри статора (обычно два неподвижных магнита), ток, подаваемый с различной силой и полярностью, заставляет её точно позиционировать кронштейн (коромысло) с головками по радиальной траектории. От скорости работы устройства позиционирования зависит время поиска данных на поверхности пластин.

    В каждом накопителе существует специальная зона, называемая парковочной, — именно на ней останавливаются головки в те моменты, когда накопитель выключен либо находится в одном из режимов низкого энергопотребления. В состоянии парковки кронштейн (коромысло) блока головок находится в крайнем положении и упирается в ограничитель хода. При операциях доступа к информации (чтение/запись) одним из источников шума является вибрация вследствие ударов кронштейнов, удерживающих магнитные головки, об ограничители хода в процессе возвращения головок в нулевую позицию. Для снижения шума на ограничителях хода установлены демпфирующие шайбы из мягкой резины. Значительно уменьшить шум жёсткого диска можно программным путём, меняя параметры режимов ускорения и торможения блока головок. Для этого разработана специальная технология — Automatic Acoustic Management. Официально возможность программного управления уровнем шума жёсткого диска появилась в стандарте ATA/ATAPI-6 (для этого нужно менять значение управляющей переменной), хотя некоторые производители делали экспериментальные реализации и ранее.

    Блок электроники

    В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM- или RLL-контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управления шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

    Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

    Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя), приёма и обработки сигналов с датчиков устройства (система датчиков может включать в себя одноосный акселерометр, используемый в качестве датчика удара, трёхосный акселерометр, используемый в качестве датчика свободного падения, датчик давления, датчик угловых ускорений, датчик температуры).

    Читайте также:
    Как восстановить хромированные детали своими руками

    Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

    Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

    Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его деирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнение принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец, наиболее похожий по форме и временным характеристикам с деируемым сигналом.

    • Макрофото магнитной головки, снизу зеркальное отражение от поверхности магнитного диска
    • Микрофото магнитной головки
    • Запаркованная магнитная головка
    • Плата контроллера на 3,5″ 73-гигабайтном SAS-диске Fujitsu
    • Механическая и электрическая составляющие привода магнитных головок
    • Для подключения к материнской плате диска MFM требуется контроллер (плата расширения)
    • Плата контроллера на старом IDE-диске

    Считывающие и записывающие головки


    В современных винчестерах применяются магниторезистивные головки.

    Кристалл магниторезистора может изменять свое сопротивление в зависимости от величина и направления магнитного поля. При прохождении головки над областями с различной намагниченностью ее сопротивление меняется, что улавливается схемой управления.

    Головка винчестера содержит в себе, собственно, две головки — считывающую и записывающую. Записывающая головка работает на том же принципе, что и головка в старых магнитофонах, в которых использовались кассеты с магнитной лентой.

    Она содержит разомкнутый сердечник, в зазоре которого создается магнитное поле, изменяющее ориентацию магнитных доменов на поверхности диска. «Обмотка» головки выполнена печатным способом с помощью фотолитографии.

    Какой металл на жестком диске?

    Все жесткие диски содержат драгоценные металлы, такие как золото, серебро, платина и палладий. Хотя они содержат драгоценные металлы в очень небольшом количестве, они все же имеют ценность. Для большинства людей жесткие диски становятся бесполезными, когда они больше не могут хранить данные или содержать вирусы.

    Сколько стоит сломанный жесткий диск?

    Цена жестких дисков

    Область, край Цена
    Северная Америка, Восточное побережье США 0,65 долл. США за фунт
    Средний Запад США, Западное побережье США 0,65 долл. США за фунт

    Сколько золота на жестком диске?

    Совсем немного. Примерно от 1 до трех граммов в зависимости от типа и эпохи компьютерных контактов. Чем старше компьютеры-доноры, тем больше золота вы получите. Это трудоемкий и потенциально опасный процесс, множество учебных пособий по которому вы можете найти на YouTube.

    Из какого материала сделан жесткий диск?

    Жесткие диски представляют собой плоские круглые пластины из алюминия или стекла, покрытые магнитным материалом. Жесткие диски для персональных компьютеров могут хранить до нескольких гигабайт (миллиардов байтов) информации.

    Жесткие диски содержат платину?

    Жесткие диски являются одними из самых легко узнаваемых компонентов компьютера. Они заключены в металлический корпус и выглядят толще печатных плат. … И каждый из этих компьютеров будет содержать жесткий диск с небольшим количеством платины.

    Стоят ли старые жесткие диски денег?

    Если вы попытаетесь продать старый жесткий диск, то вы получите лишь небольшую часть своей покупной цены, но он все равно может иметь для вас некоторую ценность, если вы оставите его при себе. Согласно исследованию Google, посвященному отказу жестких дисков, частота отказов увеличивается втрое на накопителях старше трех лет.

    Какая электроника содержит больше всего золота?

    Краткий ответ: Компьютеры и телевизоры обычно содержат больше всего золота из любой бытовой электроники. Камеры, радиоприемники и медиаплееры — особенно старые модели — также содержат золото в своих печатных платах. Другая электроника, такая как игровые приставки, планшеты и телефоны, содержит лишь следовые количества золота.

    Стоит ли восстанавливать золото из деталей компьютера?

    Да, утилизировать золото из электронных устройств выгодно, потому что это делает вашу устаревшую электронику такой ценной даже после того, как она достигла конца своего жизненного цикла.

    Есть ли в старых жестких дисках золото?

    Все жесткие диски содержат драгоценные металлы, такие как золото, серебро, платина и палладий. Хотя они содержат драгоценные металлы в очень небольшом количестве, они все же имеют ценность. Для большинства людей жесткие диски становятся бесполезными, когда они больше не могут хранить данные или содержать вирусы.

    Сколько золота можно получить на старом компьютере?

    По оценкам некоторых других источников, ваш средний компьютер содержит около 1/5 грамма или около 12 долларов золота. С другой стороны, ноутбуки обычно содержат около 1/10 грамма золота или около 6 долларов.

    Пластины жесткого диска ядовиты?

    Блюда не токсичны и даже не имеют острых углов — их безопасно хранить в гостиной. Кстати, магниты от этих жестких дисков более опасны. Эти магниты довольно сильные и, играя с ними, вы легко можете зажать между ними пальцы;)

    Жесткие диски магнитные?

    Жесткие диски используют магнетизм для хранения информации в слое магнетического материала под поверхностью вращающегося диска. Если бы вы посмотрели с большим увеличением на поверхность опорного диска типичного жесткого диска, вы бы увидели изображения, похожие на те, что показаны справа.

    Жесткий диск сделан из ферромагнитного материала?

    Обычные жесткие диски содержат крошечный электромагнит — пишущую головку — который парит над вращающимся диском, покрытым ферромагнитным материалом. Электромагнит индуцирует магнитное поле в небольших областях диска, направленное вверх или вниз, кодируя один бит данных.

    Сколько платины в катализаторе?

    Поскольку каталитические преобразователи содержат три разных металла платиновой группы — платину, палладий и родий, — они могут быть очень ценными. В среднем в стандартном катализаторе содержится от 3 до 7 граммов платины, но количество зависит от производителя и модели.

    Есть ли платина в старых телевизорах?

    В старых наборах также есть драгоценные металлы, такие как золото, серебро, платина, палладий, медь, олово и цинк. Особенно неприятны старые телевизоры с ЭЛТ, которые содержат в среднем шесть фунтов свинца.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    gmnu-nazarovo.ru
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: