Пристрій жорсткого диска

Гермозона складається з корпусу, виконаного із міцного сплаву, магнітних дисків (пластин), блоку головок із пристроєм позиціонування та електроприводу шпинделя.

Блок головок - це група важелів із пружної сталі (по два на кожен диск). Одним кінцем важелі закріплені на осі біля краю диска. На протилежних кінцях над дисками закріплені головки.

Диски або, як їх ще називають, пластини виготовляються, як правило, з металевого сплаву. Хоча робилися спроби виробляти їх із пластику і навіть скла, але подібні пластини у випробуваннях виявилися крихкими та недовговічними. Обидві площини дисків, як і магнітофонна стрічка, покриті тонкою плівкою феромагнетика: оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад плівки та технологія її нанесення є комерційною таємницею кожного виробника та тримаються у секреті. Більшість бюджетних жорстких дисків мають одну або дві пластини, однак є моделі, де число дисків більше.

Пластини жорстко закріплені на шпинделі, так як у процесі роботи він обертається зі швидкістю кілька тисяч обертів за хвилину (залежно від моделі швидкість може бути 3600, 4200, 5400, 5900, 7200, 9600, 10 000, 15 000). На таких швидкостях поблизу поверхні пластини виникає сильний повітряний потік, який піднімає головки, змушуючи їх парити над поверхнею. Форма головок розробляється такою, щоб у процесі роботи забезпечувалася оптимальна відстань від пластини. До моменту розгону пластин до швидкості, необхідної для «зльоту» головок, спеціальний паркувальний пристрій не дає голівкам стикатися з пластинами, утримуючи їх у зоні паркування. Такий пристрій запобігає механічному пошкодженню головок та робочої поверхні.пластин. Стабільну швидкість обертання шпинделя та дисків, змонтованих на ньому, забезпечує трифазний двигун. У статорі двигуна міститься три обмотки, які включені зіркою з відведенням посередині, а ротор є постійним секційним магнітом. Щоб зменшити биття на високих оборотах до мінімуму, використовують гідродинамічні підшипники.

Конструкція пристрою позиціонування головок наступна: пара сильних постійних неодимових магнітів і котушка, розташована на рухомому блоці головок. Існує міф, що всередині гермозон знаходиться вакуум. Це не так. Є два варіанти конструкції гермозони. В одному випадку виробники роблять її саме герметичною (цей варіант і дав елементу назву) і заповнюють її повітрям, але очищеним і осушеним або заповнюють нейтральними газами, наприклад азотом, а для вирівнювання тиску, встановлюють тонку мембрану: металеву або пластикову. У подібних випадках всередину жорсткого диска міститься пакетик силікагелю у спеціальній кишеньці. Силікагель абсорбує водяні пари, що залишилися після герметизації. В іншому - тиск вирівнюється через невеликий отвір з вбудованим фільтром, який здатний затримувати дуже дрібні (розміром кілька мікрометрів) частинки. Але цей спосіб має суттєвий недолік: разом із тиском вирівнюється і вологість, і всередину можуть проникнути шкідливі гази. А без вирівнювання тиску обійтися не можна, тому що він запобігає деформації корпусу гермозони в моменти перепадів атмосферного тиску, температури та при прогріванні жорсткого диска під час роботи.

Блок електроніки

У перших моделях жорстких дисків логіку, що управляє, була винесена за межі самих накопичувачів на MFM або RLL-контролер комп'ютера, а на платі електроніки самого жорсткогодиска знаходилися лише модулі аналогової обробки, керування двигуном шпинделя, а також позиціонером та комутатором магнітних головок. Зі зростанням швидкостей передачі даних розробникам довелося зменшувати довжину аналогового тракту. В результаті сучасні жорсткі диски мають блок електроніки, що включає наступні елементи: блок управління, постійне запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ), буфер, блок інтерфейсу і блок цифрової обробки сигналу.

Інтерфейсний блок необхідний для стикування електроніки жорсткого диска та решти системи.

Блок управління - це система, що здійснює ряд дій:

приймати сигнали, що визначають позиціонування головок;
здійснювати керуючі приводом типу "звукова котушка";
проводити комутації інформаційних потоків, що йдуть від різних головок;
керувати роботою решти вузлів (наприклад, швидкістю обертання шпинделя);
здійснювати прийом та обробку сигналів від датчиків жорсткого диска (системи датчиків відрізняються для різних моделей і можуть включати: одновісний акселерометр, який використовують як датчик удару, тривісний акселерометр використовують як датчик вільного падіння, датчик тиску, датчик кутових прискорень, датчик температури).

ПЗУ необхідний зберігання керуючих програм, які працюють із блоками управління і цифрової обробки сигналу, а ньому зберігається службова інформація жорсткого диска.

Буферна пам'ять використовується для згладжування різниці між швидкістю інтерфейсної частини та швидкістю накопичувача (у буфері використовується статична статична пам'ять). У деяких випадках збільшення обсягу буферної пам'яті призводить до збільшення швидкості роботи накопичувача.

Блок цифрової обробки сигналу служить дляочищення аналогового сигналу та його декодування (так зване «витяг цифрової інформації»). У блоці цифрової обробки використовують різні методи обробки сигналу, наприклад, PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальна правдоподібність при неповному відгуку). Так само в цьому блоці відбувається порівняння прийнятого сигналу із зразками, коли вибирається такий зразок, який найбільш схожий як формою, так і за тимчасовими характеристиками на сигнал, що декодується.

Низькорівневе форматування

На останньому етапі збирання жорсткого диска поверхні пластин форматуються, тобто. на них створюються доріжки та сектори. Як саме це відбувається, визначає виробник або спосіб форматування визначається виходячи зі стандарту пристрою. У будь-якому випадку, на кожну доріжку наноситься спеціальна магнітна мітка, яка означає її початок.

Геометрія магнітного диска

Циліндром називають сукупність доріжок на робочих поверхнях всіх пластин накопичувача, що відстоять від центру на рівні відстані. Номер голівки визначає доріжку циліндра, тобто робочу поверхню пластини, що використовується в даний момент, а номер сектора - сектор на доріжці.

Зонування

На пластинах сучасних жорстких дисків всі доріжки об'єднані у кілька зон (Zoned Recording). Кількість секторів доріжок усередині однієї зони завжди однакова, але може бути різною для різних зон. Так, наприклад, на доріжках внутрішніх зон секторів менше, ніж на зовнішніх доріжках. Такий розподіл дозволяє використовувати максимальну довжину зовнішніх доріжок для того, щоб домогтися більш рівномірної щільності запису і збільшення ємності пластини за тієї ж технології виробництва.

Сектори для резервування

На кожній доріжці частоє додаткові резервні сектори. Це зроблено, щоб збільшити термін служби диска. Якщо секторі виникає непереборна помилка, такий сектор можна замінити резервним (англ. remapping). Дані, які зберігалися на збійному секторі, можуть бути або втрачені, або відновлені за допомогою ECC, а ємність диска збережеться без змін. Для такого перепризначення існує дві таблиці: одна заповнюється на заводі у процесі виробництва жорсткого диска, інша – у процесі експлуатації. Вся необхідна для цього процесу інформація зберігається у ЗУ блоку електроніки. Це межі зон, кількість секторів на доріжку для кожної зони, а також самі таблиці перепризначення секторів.

Логічна геометрія дисків

Адресація даних

Адресація CHS

Адресація LBA

LBA = [ (Cylinder * no of heads + heads) * sectors/track ] + (Sector-1)

Треба сказати, що метод LBA відповідає методу Sector Mapping, що застосовується у SCSI. BIOS SCSI-контролера від початку виконував ці завдання автоматично.