Краткий курс анатомии жестких дисков
Многие ли знают, что расположено внутри важнейшего узла компьютера - винчестера? Стоят эти штуковины сегодня недорого, из-за чего у компьютерного обывателя складывается впечатление, что внутри коробки и нет ничего интересного. Так, нечто вроде пачки дискет...
Тем временем накопитель на жестких дисках может смело претендовать на звание величайшего технического достижения человечества во второй половине ХХ века. И не только по идеологическим причинам, хотя роль этих накопителей настолько велика, что многие компьютерные авторитеты убеждены, что именно винчестеры вызвали на свет персональные компьютеры и компьютерную революцию вообще. Уникальны технологии, которые применяются в этих устройствах. За стенками скромного прямоугольного корпуса скрыто столько передовых решений, сверхточных механизмов и гениальных изобретений, что не всякому микропроцессору такое снилось.
Но это тема для большого обстоятельного рассказа, а пока давайте хоть посмотрим, что же за потроха у этого зверя - винчестера.
1. Сборка дисков/головок Head/Disk Assembly, HDA. За этим термином скрыто практически вся начинка винчестера. Сюда входят сами дисковые пластины, шпиндель, к которому они крепятся, головки чтения/записи со своим приводом.
2. Дисковые пластины На них, собственно, и записывается информация. Благодаря им винчестеры получили свое официальное название - накопители на жестких дисках. Жестких потому, что изготавливаются они из очень прочного материала. Обычно это алюминиевый сплав, а в последнее время идут интенсивные работы над использованием стеклянных пластин.
К пластинам предъявляются очень высокие и жесткие требования. Вращаются они с умопомрачительной скоростью - от 3,600 до 10,033 оборотов в минуту, причем разгоняются до нее за считанные секунды. Возникающие при этом силы и перегрузки очень велики, а даже малейшая деформация пластин совершенно недопустима, так как данные на них записываются по очень плотно расположенным друг к другу чрезвычайно узким концентрическим дорожкам (трекам). Чуть что, и головки не смогут найти нужные данные.
Пластины должны быть идеально ровными и гладкими, так как головки при работе винчестера их не касаются, а парят на очень малой высоте . Причем чем выше плотность записи (и, следовательно, емкость), тем меньше эта высота. Сегодня она составляет сотые доли микрона, что в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. Любое соприкосновение головок с пластинами немедленно вызовет необратимые разрушения, и записанные на пластинах данные будут потеряны.
3. Шпиндель Пластины жестко крепятся к шпинделю, который обеспечивает их вращение. От встроенного в шпиндель двигателя требуются не только высокие обороты, но и очень стабильная скорость вращения. Этот двигатель работает в настольных компьютерах непрерывно, пока включено питание машины, так что и ресурс у него должен быть неслабым. Осевые биения, которые раздражают автомобилистов после наезда колесом на крышку люка, в винчестерах совершенно недопустимы.
4. Основание корпуса К нему с одной стороны крепится сборка дисков/головок, а с другой - плата контроллеров. Закрывается корпус крышкой, под которую укладывается герметичная прокладка. Конструкция винчестера не допускает попадания внутрь малейших пылинок, так как их размер в сотни и тысячи раз превышает величину зазора между головками и вращающимися пластинами. Представляете, сколько бед может натворить одна пылинка? Корпус винчестера нельзя вскрывать с целью что-нибудь в нем починить. Я не знаю, занимаются ли таким ремонтом сами компании-изготовители, но в кустарных условиях это просто идиотизм.
На крышку, привинченную к основанию корпуса, наклеивается этикетка, на которой перечисляются параметры винчестера и указываются варианты установки перемычек.
5. Головки чтения/записи Записывающие головки винчестера похожи на магнитофонные, но только в принципе. На самом деле они несравненно миниатюрнее и чувствительнее. Считывающие головки сегодня выполняются не индуктивными или тонкопленочными, а магниторезистивными, что позволило существенно увеличить плотность записи. Так что на площади с булавочную головку умещаются сразу две головки - одна для чтения, другая для записи. Подробнее о магниторезистивных головках вы сможете прочитать в следующем номере "КГ".
6. Сборка рычага головок Головки крепятся к рычагу, который обеспечивает их перемещение над поверхностью пластин от трека к треку. В эту сборку (по-английски она называется Slider Assembly) входят головки чтения и записи, слайдер, который опускается на поверхность пластин при выключении питания и их остановке, а также сам рычаг привода головок.
Вращающиеся пластины создают внутри герметичного корпуса бешеный поток воздуха, который отрывает головки от их поверхности. Но этого недостаточно для надежной работы дисковода, так как головки должны не просто лететь, а на строго определенной высоте. Поэтому рычаг привода и слайдер рассчитываются по всем законам аэродинамики и представляют собой нечто вроде самолетного крыла, только в тысячи раз миниатюрнее и точнее.
7. Гибкий проводник Сигнал, прочитанный головками, необходимо передать дальше - контроллеру. Для этого и служит гибкая связь между сборкой привода головок и переходным разъемом в основании корпуса. Это самый гибкий элемент конструкции жесткого диска. Рычаг привода головок стремительно перемещается над поверхностью пластин, проходя от внутреннего до внешнего ее края всего за 20 миллисекунд. Гибкий проводник не должен сковывать это движение. Позиционирование головок к тому же выполняется практически постоянно, так что гнуться проводнику приходится тоже почти все время работы накопителя. Это вам не гвоздь, который сломается после второго перегиба.
8. Привод головок Это тоже сборный узел, который иногда называют активатором (от английского actuator - привод). Привод головок обязан обеспечить очень точное позиционирование их над дорожками пластин. О точности можете судить сами, учитывая, что на одном дюйме (2.54 см) радиуса пластин размещается около 7,000 треков.
Приводы головок бывают двух типов - с шаговым двигателем (с открытым контуром и с обратной связью) и с акустической катушкой. Приводы с шаговым двигателем уходят в прошлое, так как они не удовлетворяют современным требованиям ни по скорости, ни по точности позиционирования. Приводы без обратной связи вообще уже давно забыты, так как они не могли предоставить контроллеру сведения о том, насколько точно вышли головки к указанному треку. Сегодня все приводы корректируют положение головок с помощью записываемой на пластины сервоинформации.
Приводы с акустической катушкой наиболее быстродействующие из применяемых сегодня и позволяют точно выставить головки над серединой нужного трека. Задача чертовски трудная, ведь смещение катушки надо умножить на длину рычага с головками, а сами головки-то должны переместиться всего на пару микрон...
9. Магниты Как ни странно, внутри винчестера расположены два мощных магнита. Она входят в состав привода головок с акустической катушкой.
Вообще-то мы привыкли к тому, что магниты надо держать как можно дальше от магнитных носителей информации. Помню, как на моей первой работе одна дама была страшно удивлена тем, что не читались ее 5-дюймовые дискеты. А ведь она их так берегла от пыли и жирных пальцев, аккуратно складывала в стопочку и сверху ставила тяжеленный скрепкодержатель, чтоб ветром на пол не снесло. Конечно, в скрепкодержателе был двухсотграммовый магнит...
В винчестере же магниты не мешают. Между ними, то есть в их магнитном поле, расположена катушка из проволоки. Конструкция напоминает обыкновенный динамик, поэтому и называется катушка акустической. При пропускании через катушку тока в ней наводится свое электромагнитное поле, и она смещается в сторону под действием мощных магнитов по бокам. Это смещение и используется для позиционирования головок.
10. Плата контроллеров Она осталась "за кадром", то есть спрятана под основанием корпуса винчестера. На этой плате собрана вся электроника накопителя, включая контроллеры каналов чтения/записи, приводов головок и пластин, интерфейса винчестера. На этой плате размещена память, входящая в кэш-буфер (в новых производительных моделях используется кэш до 4 мегабайт), и перемычки (в винчестерах IDE), с помощью которых подключается второй винчестер.
На одном из торцов платы установлены разъемы для подключения интерфейсного шлейфа и питания. Напомню, что первый контакт интерфейсного разъема, к которому надо подключать помеченный красным проводник шлейфа, всегда расположен на том крае, что ближе к разъему питания.
Роман Соболенко,по материалам Seagate
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 38 за 1997 год в рубрике hard :: hdd
