Tooprogram.ru

Компьютерный справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что находится внутри жесткого диска

Как устроен жесткий диск компьютера (HDD)

Приветствую всех читателей блога pc-information-guide.ru. Многих интересует вопрос — как устроен жесткий диск компьютера. Поэтому я решил посвятить этому сегодняшнюю статью.

Жесткий диск компьютера (HDD или винчестер) нужен для хранения информации после выключения компьютера, в отличие от ОЗУ (оперативной памяти) — которая хранит информацию до момента прекращения подачи питания (до выключения компьютера).

Жесткий диск, по-праву, можно назвать настоящим произведением искусства, только инженерным. Да-да, именно так. Настолько сложно там внутри все устроено. На данный момент во всем мире жесткий диск — это самое популярное устройство для хранения информации, он стоит в одном ряду с такими устройствами, как: флеш-память (флешки), SSD. Многие наслышаны о сложности устройства жесткого диска и недоумевают, как в нем помещается так много информации, а поэтому хотели бы узнать, как устроен или из чего состоит жесткий диск компьютера. Сегодня будет такая возможность).

Устройство жесткого диска компьютера

Жесткий диск состоит из пяти основных частей. И первая из них — интегральная схема, которая синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами.

Вторая часть — электромотор (шпиндель), заставляет вращаться диск со скоростью примерно 7200 об/мин, а интегральная схема поддерживает скорость вращения постоянной.

А теперь третья, наверное самая важная часть — коромысло, которое может как записывать, так и считывать информацию. Конец коромысла обычно разделен, для того чтобы можно было работать сразу с несколькими дисками. Однако головка коромысла никогда не соприкасается с дисками. Существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса!

Но давайте все же посмотрим, что случится, если зазор исчезнет и головка коромысла соприкоснется с поверхностью вращающегося диска. Мы все еще со школы помним, что F=m*a (второй закон Ньютона, по-моему), из которого следует, что предмет с небольшой массой и огромным ускорением — становится невероятно тяжелым. Учитывая огромную скорость вращения самого диска, вес головки коромысла становится весьма и весьма ощутимым. Естественно, что повреждение диска в таком случае неизбежно. Кстати, вот что случилось с диском, у которого этот зазор по каким то причинам исчез:

Так же важна роль силы трения, т.е. ее практически полного отсутствия, когда коромысло начинает считывать информацию, при этом смещаясь до 60 раз за секунду. Но постойте, где же здесь находится двигатель, что приводит в движение коромысло, да еще с такой скоростью? На самом деле его не видно, потому что это электромагнитная система, работающая на взаимодействии 2 сил природы: электричества и магнетизма. Такое взаимодействия позволяет разгонять коромысло до скоростей света, в прямом смысле.

Четвертая часть — сам жесткий диск, это то, куда записывается и откуда считывается информация, кстати их может быть несколько.

Ну и пятая, завершающая часть конструкции жесткого диска — это конечно же корпус, в который устанавливаются все остальные компоненты. Материалы применяются следующие: почти весь корпус выполнен из пластмассы, но верхняя крышка всегда металлическая. Корпус в собранном виде нередко называют «гермозоной». Бытует мнение, что внутри гермозоны нету воздуха, а точнее, что там — вакуум. Мнение это опирается на тот факт, что при таких высоких скоростях вращения диска, даже пылинка, попавшая внутрь, может натворить много нехорошего. И это почти верно, разве что вакуума там никакого нету — а есть очищенный, осушенный воздух или нейтральный газ — азот например. Хотя, возможно в более ранних версиях жестких дисков, вместо того, чтобы очищать воздух — его просто откачивали.

Это мы говорили про компоненты, т.е. из чего состоит жесткий диск. Теперь давайте поговорим про хранение данных.

Как и в каком виде хранятся данные на жестком диске компьютера

Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве, на диск наносится более 200 тысяч таких дорожек. Каждая из дорожек разделена на секторы.

Карты дорожек и секторов позволяют определить, куда записать или где считать информацию. Опять же вся информация о секторах и дорожках находится в памяти интегральной микросхемы, которая, в отличие от других компонентов жесткого диска, размещена не внутри корпуса, а снаружи и обычно снизу.

Сама поверхность диска — гладкая и блестящая, но это только на первый взгляд. При более близком рассмотрении структура поверхности оказывается сложнее. Дело в том, что диск изготавливается из металлического сплава, покрытого ферромагнитным слоем. Этот слой как раз и делает всю работу. Ферромагнитный слой запоминает всю информацию, как? Очень просто. Головка коромысла намагничивает микроскопическую область на пленке (ферромагнитном слое), устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из состояний: о или 1. Каждый такой ноль и единица называются битами. Таким образом, любая информация, записанная на жестком диске, по-факту представляет собой определенную последовательность и определенное количество нулей и единиц. Например, фотография хорошего качества занимает около 29 миллионов таких ячеек, и разбросана по 12 различным секторам. Да, звучит впечатляюще, однако в действительности — такое огромное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Каждый квадратный сантиметр поверхности жесткого диска включает в себя несколько десятков миллиардов битов.

Читать еще:  Жесткий диск подключен но не отображается

Принцип работы жесткого диска

Мы только что с вами рассмотрели устройство жесткого диска, каждый его компонент по отдельности. Теперь предлагаю связать все в некую систему, благодаря чему будет понятен сам принцип работы жесткого диска.

Итак, принцип, по которому работает жесткий диск следующий: когда жесткий диск включается в работу — это значит либо на него осуществляется запись, либо с него идет чтение информации, или с него загружается ОС, электромотор (шпиндель) начинает набирать обороты, а поскольку жесткие диски закреплены на самом шпинделе, соответственно они вместе с ним тоже начинают вращаться. И пока обороты диска(ов) не достигли того уровня, чтобы между головкой коромысла и диском образовалась воздушная подушка, коромысло во избежание повреждений находится в специальной «парковочной зоне». Вот как это выглядит.

Как только обороты достигают нужного уровня, сервопривод (электромагнитный двигатель) приводит в движение коромысло, которое уже позиционируется в то место, куда нужно записать или откуда считать информацию. Этому как раз способствует интегральная микросхема, которая управляет всеми движениями коромысла.

Распространено мнение, этакий миф, что в моменты времени, когда диск «простаивает», т.е. с ним временно не осуществляется никаких операций чтения/записи, жесткие диски внутри перестают вращаться. Это действительно миф, ибо на самом деле, жесткие диски внутри корпуса вращаются постоянно, даже тогда, когда винчестер находится в энергосберегающем режиме и на него ничего не записывается.

Ну вот мы и рассмотрели с вами устройство жесткого диска компьютера во всех подробностях. Конечно же, в рамках одной статьи, нельзя рассказать обо всем, что касается жестких дисков. Например в этой статье не было сказано про интерфейсы жесткого диска — это большая тема, я решил написать про это отдельную статью.

Нашел интересное видео, про то, как работает жесткий диск в разных режимах

Всем спасибо за внимание, если вы еще не подписаны на обновления этого сайта — очень рекомендую это сделать, дабы не пропустить интересные и полезные материалы. До встречи на страницах блога!

Что находится внутри жесткого диска

Как устроен переносной жесткий диск

Главная » Блог » Про диски » Как устроен переносной жесткий диск

Как устроен переносной жесткий диск

Как устроен переносной жесткий диск на примере WD Elements Ultra.

Мы не будем касаться технических особенностей устройства переносных дисков. Эту информацию можно отыскать на специализированных ресурсах в сети. Мы рассмотрим те особенности устройства съемного диска, которые необходимо знать пользователю, и пренебрежение которыми является основной причиной потери данных, и обращения к нам для восстановления этих данных.

Открываем коробку и извлекаем оттуда жесткий диск. Раньше переносной жесткий диск представлял собой стандартный SATA мобильный жесткий диск форм-фактора 2.5” дюйма с USB переходником. Сейчас это всё тот же 2.5 дюймовый накопитель, но плата электроники жесткого диска уже содержит USB мост (читай переходник) и USB разъем.

Современный жесткий диск состоит из двух основных частей. Это герметичный корпус с магнитными дисками и головками — его принято называть «гермоблок». И плата электроники, часто называемая контроллер, которая управляет всем этим хозяйством.

Что за магия внутри переносного диска?

Немного подробнее остановимся на гермоблоке. Он потому и называется гермоблоком, что он герметичный. Герметичность корпуса жесткого диска необходима для того, чтобы туда не попала пыль и мелкие частицы из окружающей среды. Внутри этого диска обычный атмосферный воздух, только очень чистый.

Правда, на сегодняшний день появились жесткие диски большой плотности, которые наполнены гелием. Это современные диски объемом от 6 терабайт.

Магнитные головки парят над поверхностями вращающихся дисков на расстоянии 5-10 нанометров на воздушной подушке. Электромагнитная катушка приводит в движение кронштейн с блоками магнитных головок, и таким образом производится позиционирование головок в нужное место диска.

Читать еще:  Как выглядит жесткий диск внутри

Когда диск не работает, головки находятся на специальном устройстве парковки за пределами дисков. Дело в том, что поверхность дисков настолько гладкая, что головки мгновенно намертво прилипают к поверхностям, если находятся над ними, а диски не вращаются.

Сухая статистика

Если жесткий диск переносной, то в 95% случаев причиной обращения в ремонт является то, что он получил удар или его уронили. Это подтверждает наша 15-ти летняя статистика.

А это значит, что головки жесткого диска вылетают с парковочной гребенки и прилипают к поверхности дисков. Либо царапают вращающиеся диски, повреждая магнитную поверхность, повреждаясь сами.

Примерно в половине подобных случаев, диски самостоятельно вскрывают в бытовых условиях, что-то там смотрят, включают, выключают, двигают, шевелят, пачкают диски и лишь, затем думают о поиске центра восстановления информации.

Зачем? Чтобы заплатить за восстановление информации в 2-3 раза больше.

Что находится внутри жесткого диска

Жесткие диски являются самыми старыми механическими средствами хранения информации, пришедшими к нам из прошлого. Даже сам принцип ферромагнитного хранения информации, использовавшийся ранее повсеместно (магнитофонные бобины и кассеты, видеокассеты, дискеты) сейчас можно встретить, кроме дисков, пожалуй только в авиационных самописцах, но там своя грустная история.

Другой существенный изъян жестких дисков — наличие движущихся поверхностей, что во-первых, делает их шумными, во-вторых, приводит к повышению энергопотребления, в-третьих — снижает надежность. Но, так или иначе — ситуация сродни использованию углеводородов в автомобильной промышленности — все согласны, это вредно, дорого и неэффективно, но все равно используют.

Так или иначе, жестким дискам место на свалке истории и диски SSD их успешно заменяют. Пока же рассмотрим, как устроен обычный современный жесткий диск.

Что внутри жесткого диска HDD

Мы будем рассматривать жесткий диск производства Toshiba объемом 80 Гб. Диск достаточно дешевый и ненадежный, но широко использовался в OEM поставках ноутбуков, в частности IBM, Lenovo, Toshiba, Dell.

Для вскрытия жесткого диска обычно достаточно открутить несколько шурупов на его крышке. Обычно один из шурупов закрыт предохраняющей наклейкой, напоминающей о том, что вскрытие диска лишает гарантии.

Внимание!! Вскрытие гермоблока HDD не только лишит вас гарантии на диск, но и гарантированно приведет к его повреждению.

Еще не так давно магнитные пластины дисков были коричневыми, поскольку основное покрытие на них сформировано полимером с добавкой частичек железа. От данной технологии к настоящему времени отказались. Обычно диски изготавливаются из алюминия или его сплавов, но некоторые производители, изготовляют пластины дисков, как бы это не показалось странным, из стекла.

Справа в углу видно пакетик рециркуляционного фильтра. Его задача улавливать частички магнитного слоя, которые попадают в воздух при случайном соприкосновении с головками вследствие ударов. Это как раз тот случай, когда на диске появляются bad-блоки — секторы диска, чтение информации из которых затруднено или невозможно.

Головки не скользят по поверхности, а парят на тонкой воздушной подушке. Когда жесткий диск не в рабочем состоянии головки запаркованы и лежат на специальной дорожке у центра. Когда диск начинает раскручиваться, то увлекает за собой воздух, и когда частота вращения достаточна для создания воздушной подушки то головки «взлетают» и включаются в работу. При выключении процесс обратный – головки отводятся в зону парковки где могут безболезненно приземлиться, не повредив данные.

Гермоблок жестких дисков обычно не герметичен, но выполнен так, что бы в него не могла проникнуть даже мелкодисперсная пыль. Обратите внимание, что для подключения головок с коромыслом применена контактная площадка, которая изнутри защищена силиконовой прокладкой. Данный вариант более надежен, чем плоский шлейф, заведенный под уплотнитель в диске выше.

На крышке мы видим уплотнитель и выступающий барометрический фильтр, служащий для выравнивания давления внутри и снаружи диска. Если этого не сделать то диск при нагреве будет сильно деформироваться. Пластины блестят как зеркало – магнитный слой на них получен напылением. Также видно рециркуляционный фильтр, блок парковки головок, коромысло с магнитной системой.

У данного жесткого диска коромысло в запаркованном состоянии фиксируется магнитом, что притягивает к себе железную нашлепку на хвосте. Головки же паркуются в стороне на специальной платформе. Шпиндель вращается 3х фазным бесколлекторным мотором. В случае, когда жесткий диск резко остается без питания, электроника переключает двигатель в режим генератора, и энергия вращения шпинделей превращается в электрическую энергию, которая паркует головки.

Читать еще:  Характеристики жесткого диска кратко

Внутреннее устройство жёсткого диска HDD

Современный винчестер состоит из следующих основных частей: плата электроники, гермоблок и программная часть. Для специалиста, занимающегося восстановлением данных, крайне важно знать и понимать внутреннее устройство жесткого диска.

Устройство жесткого диска — общий вид

Гермоблок

Cлужит для защиты и крепления пакета магнитных дисков — носителей информации и блока магниторезистивных головок (БМГ), принцип действия которых заключается в использовании материалов, изменяющих свое электрическое сопротивление при изменении напряженности окружающего магнитного поля. Магнитные диски покрыты магниточувствительным слоем, который и является носителем информации. На нем информация представляет собой магнитные поля, создаваемые мельчайшими участками напыленного слоя. Считывающая головка, попадая в поле, создаваемое участком магнитного покрытия, формирует электрический сигнал, так как является проводником, находящимся в магнитном поле. Этот сигнал соответствующим образом обрабатывается и передается далее по интерфейсу.

Устройство гермоблока жесткого диска

На некоторых жестких дисках присутствуют окошки для штанги серворайтера (устройства для записи серворазметки на пластины накопителя), закрытые прочным фольгированным материалом. Заполнен гермоблок обеспыленным воздухом, который сообщается с окружающей средой через специальные компенсационные отверстия, закрытые фильтрами, для уравнивания давления внутри гермозоны.

Как показано на рисунке, головки крепятся на металлическом коромысле, подвижном относительно магнитных дисков. Во время работы двигателя вращающиеся магнитные диски создают воздушный поток, который образует «воздушную подушку» между головкой и поверхностью. При остановке двигателя шпинделя коромысло автоматически (как правило, под давлением потока воздуха от еще вращающихся дисков) отводится в так называемое парковочное положение, в котором оно фиксируется специальным замком или магнитной защелкой. В этом положении головки выводятся из рабочей зоны, предотвращая возможный контакт между коромыслом и поверхностью диска, тем самым защищая уязвимую рабочую поверхность. «Парковочная» зона расположена, как правило, ближе к оси шпинделя. Но бывают и исключения, в частности, на винчестерах портативных компьютеров парковочная зона расположена на специальных парковочных стойках, расположенных за пределами пластин.

Позиционер (устройство, позиционирующее головки чтения/записи над диском) с коромыслом перемещается вдоль магнитных дисков в современных винчестерах с помощью электромагнита. В хвостовой части позиционера находится катушка, прикрытая сверху и снизу жестко закрепленными на гермоблоке магнитными пластинами, которые служат статором. При пропускании тока через обмотку катушки позиционер начинает отклоняться с определенным ускорением, а направление его отклонения можно менять изменением направления тока в обмотке позиционера. Такая схема управления носит название Voice Coil.

Внутри гермозоны расположена микросхема предусилениякоммутации (предусилитель, коммутатор). Такое, на первый взгляд странное, его расположение (внутри гермоблока, а не на печатной плате, рядом со всей остальной электроникой) объясняется очень просто: предусилитель должен располагаться как можно ближе к считывающей и записывающей головкам для сокращения тракта головка — предусилитель и уменьшения наводящихся на него помех. С предусилителей сигнал идет по ленточному шлейфу на печатную плату, где и преобразуется в тот вид, в котором он представляется IDE контроллеру системной платы компьютера.

Расположение коммутатора HDD

В реальной работе винчестеру приходится читать данные с поверхности. Для этого он должен знать, где в настоящий момент находятся головки и куда ему необходимо их переместить. С этой целью на поверхности дисков записана сервоинформация, уникальная для каждой дорожки и каждого сектора с данными

Плата электроники

Cостоит из следующих основных компонентов: центральный процессор, модуль оперативной памяти (ОЗУ), микросхема ПЗУ (на современных накопителях ПЗУ интегрирована в процессор, т.н. масочное ПЗУ), микросхема управления шпиндельным двигателем и БМГ, разъем питания и разъем интерфейса.

Устройство платы электроники жесткого диска

Отдельно стоит остановиться на микропрограмме накопителя. В случаях, когда требуется ремонт жесткого диска, правка микрокода является одной из самых распространенных операций. Служебная информация как правило, состоит из двух частей: это первоначальный загрузчик и собственно основная программа (оверлеи, транслятор с дефект-листами, модули SMART, модули заводской калибровки и самотестирования, логи и проч.). Загрузчик расположен, в основном, на плате электроники в виде процессора+ПЗУ. Произведя старт платы и раскрутив двигатель до нужных оборотов, микропрограмма позиционирует головки по серворазметке и пытается прочитать служебную информацию. Если все произошло без сбоев, диск рекалибруется и выходит в готовность по интерфейсу.

Разумеется, данная статья носит весьма обзорный характер и не может охватить всех нюансов и тонкостей строения современного жесткого диска, который несомненно, является весьма сложным устройством, по сути напоминающим компьютер в миниатюре.

В разделе статей регулярно выкладываются материалы о текущих задачах по восстановлению информации, где рассматриваются многие аспекты внутреннего строения винчестеров конкретных моделей.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector