Лекция 2. Состав и функциональное устройство жёсткого диска (ЖД)

Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Лекция 2. Состав и функциональное устройство жёсткого диска
(ЖД)
ЖД представляет внешне единый металлический блок. Причем очень
прочный и полностью герметичный. Дело в том, что технология работы диска
настолько тонка, что даже мельчайшая инородная частица, попавшая внутрь,
способна полностью нарушить его работу. Дополнительно, для предотвращения
кризисной ситуации, в жесткий диск был помещен фильтр очистки. Также корпус
винчестера служит в качестве экрана от электропомех.
На самом деле жесткий диск состоит из двух основных частей — механики и
электроники. Основу механической части составляют пластины (диски), имеющие
круглую форму. Вообще диск может быть и всего один. Все зависит от емкости
винчестера в целом. В настоящее время встречаются экземпляры жестких дисков,
состоящие из четырех и более пластин. Состав дисков может быть различен. Их
изготавливают из алюминия, стекла или керамики. Последние два состава более
практичны, однако дорогие, и поэтому они используются для создания «элитных»
жестких
дисков.
После
изготовления
пластины
покрывают
слоем
ферромагнитного материала.
Со времен создания первых винчестеров здесь использовалась окись
железа. Однако данное вещество имело существенный недостаток. Диски,
покрытые данным ферромагнетиком, имели небольшую износостойкость. В связи
с этим в настоящее время в качестве покрытия пластин большинство
производителей используют кобальт хрома. Износостойкость данного вещества на
порядок превышает годами применявшийся ферромагнетик. К тому же данное
покрытие намного тоньше, так как наносится методом напыления, что
значительно увеличивает плотность записи. Ферромагнетик наносится на обе
стороны диска, поэтому данные будут размещаться также с двух сторон.
Пластины помещаются на шпиндель на одинаковое друг от друга расстояние, образовывая таким образом, их пакет. Под дисками находится двигатель,
который их вращает. С обеих сторон пластин размещены головки чтения/записи.
Они устроены таким образом, чтоб перемещаться от края диска до его центра. За
это «отвечает» специально выделенный для этого двигатель.
Электроника представляет собой плату, на которой помещены различные
«нужные» для работы винчестера элементы, такие как процессор, управляющая
программа, ОЗУ, усилитель записи/чтения и другие. Каждая сторона пластины
разбита на дорожки. Они, в свою очередь, на сектора. Все дорожки одного
диаметра всех поверхностей образуют цилиндр.
Функциональная структура жёсткого диска:
- корпус;
- пакет дисков;
- интерфейсный разъём для подключения жёсткого диска к системной плате;
- постоянный магнит;
- коммутатор-предусилитель блока головок;
- поворотная рамка позиционера;
- головка чтения-записи;
- шпиндель двигателя привода вращения дисков.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Рис. 1. Функциональная структура жесткого диска
Современные винчестеры имеют «инженерный цилиндр». Он содержит
служебную
информацию
(модель
диска,
серийный
номер
и
т.п.),
предназначенную для дальнейшего считывания компьютером.
Раньше для того, чтобы диск был готов к работе, пользователю необходимо было
провести так называемое форматирование на низком уровне. В BIOS даже
присутствовал соответствующий пункт. Сейчас же данная разметка производится
сразу при производстве винчестеров. Дело в том, что при низкоуровневом форматировании происходит запись сервоинформации. Она содержит специальные
метки, которые нужны для стабилизации скорости вращения шпинделя, поиска
головками необходимых секторов, а также слежения за положением головок на
поверхности пластин.
Принцип работы жёсткого диска
В силу своей специфичности, при работе винчестера не происходит прямого
контакта магнитных головок с поверхностью пластин. Конструкция головок
создана так, что она позволяет «парить» над поверхностью пластин. Двигатель
вращает шпиндель с такой скоростью (до 15000 об/мин), что от крутящихся
дисков создается сильный поток воздуха. При этом получается эффект воздушной
подушки. Зазор между головками и дисками составляет доли микрона. Магнитные
головки при увеличении скорости поднимаются и покидают зону парковки и с
помощью контроллера «ищут» сервометки, чтобы стабилизировать частоту
вращения. Производится переназначение «плохих» секторов, а также проверка
позиционирования (расположения) головок. Чтение/запись на диск происходит с
помощью
магнитных
головок,
данные
преобразуются
в
переменный
электрический ток, который поступает на магнитную головку, после чего он
преобразуется
в
магнитное
поле,
с
помощью
которого
происходит
намагничивание нужных участков магнитного диска.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Эксплуатация жёстких дисков, анализ дестабилизирующих факторов
Питание жесткого диска, данная проблема стала намного острее в наши дни.
Раньше она была не так актуальна. Сегодня много сбоев винчестеров происходит
из-за отклонений напряжения питания, помех в цепях, пульсаций и других
факторов. Виновниками всего этого являются не столько дефектные блоки
питания, сколько пониженный «иммунитет» современных винчестеров к некачественному питанию. Неисправный блок питания может выдавать повышенное
напряжение, что сказывается на цепях питания коммутатора. Вследствие
перегрузки блока питания или просто из-за некачественных контактов на выходе
получается пониженное напряжение, которое уже не так страшно, однако
нарушение работы сигнальной цепи вы получите.
Данный недостаток сказывается на записи данных, последующем некорректном их чтении, что в конечном итоге приведет к зависанию компьютера.
Сейчас стало модным модернизировать своего железного помощника. Заменяя
старые комплектующие на более мощные, а также добавляя новые компоненты
(ТВ-тюнер, мощную звуковую карту и др.), необходимо следить за нагрузкой
блока питания. Хватит ли его мощности на возросшие запросы системного блока?
И при необходимости обязательно замените блок питания на более мощный.
Перегрев жесткого диска. Данный недостаток является основной проблемой
современных жестких дисков. Все возрастающие нагрузки на винчестер требуют
повышенных затрат энергии. Они составляют для среднестатистического жесткого
диска 5-9 Вт в спокойном состоянии и 8-15 Вт в активном состоянии. По законам
физики данная мощность переходит в тепловую энергию. Данный нагрев
отрицательно сказывается на работе механической части винчестера, в
особенности на магнитных считывающих головках. Сильный нагрев приводит к их
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
деградации, что в итоге приводит к невозможности распознавания данных,
записанных на пластине.
Самым распространенным и простым решением данной проблемы является
принудительный обдув с помощью вентилятора. Кроме этого способа существует
еще несколько, правда слишком затратных и громоздких. К ним относятся
пассивные радиаторы, жидкостные системы охлаждена тепловые трубки и другие.
К положительным моментам этих технологий можно отнести абсолютную бесшумность и долговечность.
Самый простой способ охлаждения - тихоходный крупногабаритный
вентилятор. Вентилятор крепится к передней панели, этим изолируясь от касания
с корзиной жесткого диска, чтобы избежать вибрации. Тем не менее поток
воздуха от вентилятора поступает на торец корзины с винчестером. Воздух
поступает через воздухозаборник, которым снабжены все современные корпуса.
Также встречается вытяжка через заднюю панель.
При установке жесткого диска в корпус системного блока необходимо оставлять
пустое пространство сверху и снизу привода, что существенно улучшит его
охлаждение. Также нужно по возможности убрать сплетения проводов, которые
часто мешают поступлению воздуха на винчестер.
Механические воздействия.
Жесткие диски очень чувствительны к внешним воздействиям на них. К ним
относятся удары, вибрация и толчки. Конечно, производители делают все
возможное, чтобы как-то уменьшить механическую степень воздействия на свои
детища, однако полностью защитить винчестер невозможно. Удар более опасен,
так как может вывести из строя работоспособность жесткого диска, находящегося
в любом состоянии. То есть даже при выключенном компьютере можно повредить
винчестер. Вибрация на этот счет более гуманна, так как при отключенном
питании она абсолютно безвредна для приводов. Однако во время работы
компьютера шансов встретить вибрацию намного больше, чем удар. Дело в том,
что получить удар (по внутреннему жесткому диску) в основном можно при
перемещении системного блока, а также при неудачном его расположении на
рабочем месте.
Источники вибрации появляются намного чаще и убрать их сложнее. К
ним относятся работающие вентиляторы, динамики, приводы оптических дисков,
в конце концов, соседние винчестеры. Это мы перечислили внутренние
источники. Но иногда встречаются внешние источники. К ним относятся мощные
звуковые колонки, особенно сабвуферы, различные трансформаторы, двигатели
и другое специфическое оборудование.
Рекомендации по эксплуатации:
1) Не допускайте частого включения/отключения компьютера;
2) Не используйте режим энергосбережения жесткого диска;
4) Отключите спящий режим;
5) Не злоупотребляйте различными проверками жестких дисков (S.M.A.R.T. и
т.п.). Достаточно проверять 1 раз в 3 месяца.
Практическое задание 2. Написать структуру жёсткого диска и функции
выполняемые каждым элементом.