Domov › Nastavení › Princip záznamu informací na pevný disk. Hlavní požadavky na HDD. Diskety a pevné disky

Princip záznamu informací na pevný disk. Hlavní požadavky na HDD. Diskety a pevné disky

Ukládání informací na pevné disky

Část 1

1. Úvod

Většina uživatelů při odpovědi na otázku, co je v jejich systémové jednotce, zmiňuje mimo jiné pevný disk. Pevný disk je zařízení, na kterém jsou vaše data nejčastěji uložena. Existuje legenda, která vysvětluje, proč dostaly pevné disky tak luxusní jméno. První pevný disk vydaný v Americe na počátku 70. let měl kapacitu 30 MB informací na každé pracovní ploše. V Americe široce známá opakovací puška O. F. Winchestera přitom měla ráži 0,30; Možná, že první pevný disk během provozu rachotil jako kulomet, nebo páchl střelným prachem - nevím, ale od té doby začali pevným diskům říkat pevné disky.

Během provozu počítače dochází k poruchám. Viry, výpadky proudu, softwarové chyby – to vše může způsobit poškození informací uložených na vašem pevném disku. Poškození informací nemusí vždy znamenat jejich ztrátu, proto je užitečné vědět, jak jsou na pevném disku uloženy, protože pak je lze obnovit. Pokud je pak například zaváděcí oblast poškozena virem, není vůbec nutné formátovat celý disk (!), ale po obnovení poškozené oblasti pokračujte v normálním provozu a zachováte všechna svá neocenitelná data.

Na jedné straně jsem si v procesu psaní tohoto článku dal za úkol vám říci:

o principech záznamu informací na pevný disk;
o umístění a načítání operačního systému;
o tom, jak správně rozdělit váš nový pevný disk na oddíly, abyste mohli používat několik operačních systémů.

Na druhou stranu chci čtenáře připravit na druhý článek, ve kterém budu mluvit o programech zvaných boot managery. Abyste pochopili, jak tyto programy fungují, musíte mít základní znalosti o věcech, jako je MBR, oddíly atd.

Dost obecných slov – začneme.

2. Zařízení pevného disku

Pevný disk (HDD - Hard Disk Drive) je navržen následovně: na vřetenu připojeném k elektromotoru je blok několika disků (palačinek), nad jejichž povrchem jsou hlavy pro čtení / zápis informací. Hlavy mají tvar křídla a jsou připevněny na vodítku ve tvaru půlměsíce. Během provozu „létají“ po povrchu disků v proudu vzduchu, který vzniká při otáčení stejných disků. Je zřejmé, že zvedací síla závisí na tlaku vzduchu na hlavách. To zase závisí na vnějším atmosférickém tlaku. Někteří výrobci proto ve specifikacích svých zařízení uvádějí maximální provozní strop (například 3000 m). Proč ne letadlo? Disk je rozdělen na stopy (nebo stopy), které jsou zase rozděleny do sektorů. Dvě stopy ve stejné vzdálenosti od středu, ale umístěné na opačných stranách disku, se nazývají válce.

3. Ukládání informací

Pevný disk, stejně jako jakékoli jiné blokové zařízení, ukládá informace do pevných částí nazývaných bloky. Blok je nejmenší část dat, která má na pevném disku jedinečnou adresu. Aby bylo možné číst nebo zapisovat požadované informace na požadované místo, je nutné zadat adresu bloku jako parametr příkazu vydaného řadiči pevného disku. Velikost bloku je již dlouho standardní pro všechny pevné disky – 512 bajtů.

Bohužel poměrně často dochází k záměně mezi pojmy jako „sektor“, „shluk“ a „blok“. Ve skutečnosti není žádný rozdíl mezi „blokem“ a „sektorem“. Pravda, jeden koncept je logický a druhý je topologický. „Cluster“ je několik sektorů, které operační systém považuje za jeden celek. Proč jste neopustil jednoduchou práci se sektory? odpovím. Přesun do clusterů nastal, protože velikost tabulky FAT byla omezená a velikost disku se zvětšovala. V případě FAT16 pro 512 MB disk bude mít cluster 8 KB, do 1 GB - 16 KB, do 2 GB - 32 KB a tak dále.

Aby bylo možné jednoznačně adresovat datový blok, musíte zadat všechna tři čísla (číslo válce, číslo sektoru na dráze, číslo hlavy). Tento způsob adresování disku byl rozšířený a následně byl označen zkratkou CHS (cylindr, hlava, sektor). Právě tato metoda byla původně implementována v BIOSu, takže následně vznikla omezení s ní spojená. Faktem je, že BIOS definoval bitovou adresní mřížku 63 sektorů, 1024 cylindrů a 255 hlav. Tehdejší vývoj pevných disků se však kvůli náročnosti výroby omezil na použití pouze 16 hlav. Zde se objevilo první omezení maximální povolené kapacity pevného disku pro adresování: 1024 × 16 × 63 × 512 = 504 MB.

Postupem času začali výrobci vyrábět větší HDD. V souladu s tím počet válců na nich přesáhl 1024, maximální povolený počet válců (z pohledu starého BIOSu). Adresovatelná část disku však nadále měla 504 MB za předpokladu přístupu k disku pomocí BIOSu. Toto omezení bylo nakonec odstraněno zavedením tzv. mechanismu překladu adres, o kterém pojednáváme níže.

Problémy, které vznikly s omezeními BIOSu z hlediska fyzické geometrie disků, nakonec vedly ke vzniku nového způsobu adresování bloků na disku. Tato metoda je poměrně jednoduchá. Bloky na disku jsou popsány jedním parametrem - lineární adresou bloku. Adresování disku lineárně obdrželo zkratku LBA (logic block addressing). Lineární adresa bloku je jednoznačně spojena s jeho adresou CHS:

lba = (cyl*HLAVY + hlava)*SEKTORY + (sektor-1);

Zavedení podpory lineárního adresování v řadičích pevných disků umožnilo BIOSům zapojit se do překladu adres. Podstatou této metody je, že pokud zvýšíte parametr HEADS ve výše uvedeném vzorci, bude k adresování stejných zapotřebí méně válců. počet diskových bloků ale bude potřeba více hlav. Bylo však použito pouze 16 z 255 hlav. To jim umožnilo využít celou vypouštěcí mřížku hlav. To posunulo limit místa na disku adresovatelného BIOSem na 8 GB.

O Large Mode nelze neříct pár slov. Tento provozní režim je určen pro provoz pevných disků do 1 GB. Ve velkém režimu se počet logických hlav zvýší na 32 a počet logických válců se sníží na polovinu. V tomto případě jsou přístupy k logickým hlavám 0..F překládány na sudé fyzické cylindry a přístupy k hlavám 10..1F jsou překládány na liché. Pevný disk rozdělený na oddíly v režimu LBA není kompatibilní s velkým režimem a naopak.

Další zvyšování kapacity adresovatelného disku pomocí předchozích služeb BIOSu se stalo v podstatě nemožné. Všechny parametry jsou skutečně použity na maximální „bar“ (63 sektorů, 1024 válců a 255 hlav). Poté bylo vyvinuto nové rozšířené rozhraní BIOSu, které zohledňuje možnost velmi velkých blokových adres. Toto rozhraní však již není kompatibilní s tím starým, v důsledku čehož starší operační systémy, jako je DOS, využívající stará rozhraní BIOSu, nemohly a nebudou schopny překročit hranici 8 GB. Téměř všechny moderní systémy již nepoužívají BIOS, ale používají vlastní ovladače pro práci s disky Proto se jich toto omezení netýká, ale je třeba chápat, že než bude moci systém používat vlastní ovladač, musí se alespoň načíst V počáteční fázi bootování je tedy jakýkoli systém nucen použít BIOS. To způsobuje omezení umístění mnoha systémů nad 8 GB, nemohou odtud zavést, ale mohou číst a zapisovat informace (například DOS, který pracuje s diskem přes BIOS).

4. Sekce nebo oddíly

Pojďme nyní k umístění operačních systémů na pevné disky. Pro organizaci systémů je diskový adresní prostor bloků rozdělen na části zvané oddíly. Oddíly jsou přesně jako celý disk v tom, že se skládají ze souvislých bloků. Díky této organizaci stačí k popisu úseku uvést začátek úseku a jeho délku v blocích. Pevný disk může obsahovat čtyři primární oddíly.

Při bootování počítače BIOS načte první sektor hlavového oddílu (boot sektor) na adrese 0000h:7C00h a předá mu řízení. Na začátku tohoto sektoru je bootloader (boot kód), který čte tabulku oddílů a určuje zaváděcí oddíl (aktivní). A pak se vše opakuje. To znamená, že načte boot sektor tohoto oddílu na stejnou adresu a znovu na něj předá řízení.

Sekce jsou kontejnery pro veškerý jejich obsah. Tento obsah je obvykle souborový systém. Z diskového hlediska systém souborů označuje systém pro označování bloků pro ukládání souborů. Jakmile je na oddílu vytvořen souborový systém a jsou na něm umístěny soubory operačního systému, oddíl se může stát zaváděcím. Spouštěcí oddíl má ve svém prvním bloku malý program, který načte operační systém. Chcete-li však zavést konkrétní systém, musíte explicitně spustit jeho spouštěcí program od prvního bloku. Jak se to stane, bude diskutováno níže.

Oddíly se systémy souborů by se neměly překrývat. Je to proto, že dva různé systémy souborů mají každý svou vlastní představu o tom, kde jsou soubory umístěny, ale když toto umístění spadne na stejný fyzický diskový prostor, dojde ke konfliktu mezi systémy souborů. Tento konflikt nevzniká okamžitě, ale teprve tehdy, když se soubory začnou nacházet na místě na disku, kde se oddíly protínají. Proto byste měli být opatrní při rozdělování disku na oddíly.

Křižovatka úseků sama o sobě není nebezpečná. Umístění více souborových systémů na překrývající se oddíly je nebezpečné. Rozdělení disku neznamená vytváření souborových systémů. Samotný pokus o vytvoření prázdného souborového systému (tj. formátování) na jednom z protínajících se oddílů však může vést k chybám v souborovém systému druhého oddílu. Vše výše uvedené platí stejně pro všechny operační systémy, nejen pro ty nejoblíbenější.

Disk je rozdělen programově. To znamená, že můžete vytvořit libovolnou konfiguraci oddílu. Informace o rozdělení disku jsou uloženy v úplně prvním bloku pevného disku, který se nazývá Master Boot Record (MBR).

5.MBR

MBR je primární spouštěcí zařízení z pevného disku podporované systémem BIOS. Pro názornost uveďme obsah zavazadlového prostoru ve formě diagramu:

Vše, co se nachází na offsetu 01BEh-01FDh, se nazývá tabulka oddílů. Vidíte, že má čtyři části. Pouze jeden ze čtyř oddílů má právo být označen jako aktivní, což znamená, že zaváděcí program musí načíst první sektor tohoto konkrétního oddílu do paměti a přenést tam řízení. Poslední dva bajty MBR musí obsahovat číslo 0xAA55. Na základě přítomnosti tohoto podpisu BIOS ověří, že první blok byl úspěšně načten. Tento podpis nebyl vybrán náhodou. Úspěšný test toho ukáže, že všechny datové linky mohou nést nuly i jedničky.

Zaváděcí program prohlédne tabulku oddílů, vybere aktivní, načte první blok tohoto oddílu a přenese tam řízení.

Podívejme se, jak funguje deskriptor sekce:

* 0001h-0003h začátek sekce
** 0005h-0007h konec sekce

Z pohledu diskových oddílů byl donedávna nejpopulárnější a zůstává MS-DOS. Přebírá dva ze čtyř oddílů: Primární oddíl DOS, Rozšířený oddíl DOS. První z nich (primární) je běžná DOSová jednotka C:. Druhým je kontejner logických jednotek. Všechny tam visí ve formě řetězce pododdílů, které se nazývají: D:, E:, ... Logické jednotky mohou mít i cizí souborové systémy jiné než souborový systém DOS. Cizkost souborového systému je však zpravidla způsobena přítomností jiného operačního systému, který by měl být, obecně řečeno, umístěn ve vlastním oddílu (nikoli rozšířeném DOSu), ale tabulka oddílů je na to často příliš malá. triky.

Všimněme si ještě jedné důležité okolnosti. Když je DOS nainstalován na prázdný pevný disk, neexistují žádné alternativy výběru operačních systémů při spouštění. Zavaděč tedy vypadá velmi primitivně a nemusí se uživatele ptát, jaký systém chce spustit. S touhou mít několik systémů najednou je potřeba vytvořit program, který vám umožní vybrat systém, který chcete zavést.

6. Závěr

Doufám, že jsem vám mohl poskytnout dostatečně jasné a podrobné základní informace o zařízení pevného disku, MBR a PT. Na drobné „opravy“ úložiště informací je podle mého názoru takový soubor znalostí zcela dostačující. V příštím článku vám povím o programech s názvem Boot Manager a principech jejich fungování.

Velice vám děkuji za vaši pomoc Vladimiru Dashevskému

Zdravím všechny čtenáře blogu. Mnoho lidí se zajímá o otázku, jak funguje pevný disk počítače. Proto jsem se rozhodl dnešní článek věnovat právě tomuto.

Pevný disk počítače (HDD nebo pevný disk) je potřeba k ukládání informací po vypnutí počítače, na rozdíl od paměti RAM () - která uchovává informace až do odpojení napájení (do vypnutí počítače).

Pevný disk lze právem nazvat skutečným uměleckým dílem, pouze inženýrským. Ano, ano, je to tak. Všechno uvnitř je tak složité. V současné době je na celém světě pevný disk nejoblíbenějším zařízením pro ukládání informací, je srovnatelný se zařízeními, jako jsou flash paměti (flash disky), SSD. Mnoho lidí slyšelo o složitosti pevného disku a jsou zmateni, jak se do něj vejde tolik informací, a proto by rádi věděli, jak je pevný disk počítače strukturován nebo z čeho se skládá. Dnes taková příležitost bude).

Pevný disk se skládá z pěti hlavních částí. A první z nich je integrovaný obvod, který synchronizuje disk s počítačem a řídí všechny procesy.

Druhou částí je elektromotor(vřeteno), způsobí otáčení disku rychlostí přibližně 7200 ot./min a integrovaný obvod udržuje otáčky konstantní.

A teď asi třetí nejdůležitější částí je vahadlo, který umí zapisovat i číst informace. Konec vahadla je obvykle rozdělen, aby bylo možné ovládat více disků najednou. Vahadlo se však nikdy nedotýká kotoučů. Mezi povrchem disku a hlavou je mezera, velikost této mezery je přibližně pěttisíckrát menší než tloušťka lidského vlasu!

Ještě se ale podívejme, co se stane, když mezera zmizí a vahadlo se dostane do kontaktu s povrchem rotujícího disku. Ještě ze školy si pamatujeme F=m*a (podle mě druhý Newtonův zákon), z čehož vyplývá, že předmět s malou hmotností a velkým zrychlením neuvěřitelně ztěžkne. S ohledem na enormní rychlost otáčení samotného disku je hmotnost hlavy vahadla velmi, velmi patrná. Poškození disku je v tomto případě samozřejmě nevyhnutelné. Mimochodem, toto se stalo disku, ve kterém tato mezera z nějakého důvodu zmizela:

Důležitá je i role třecí síly, tzn. jeho téměř úplná absence, kdy vahadlo začne číst informace, přičemž se pohybuje až 60krát za sekundu. Ale počkat, kde je motor, který pohání vahadlo, a v takové rychlosti? Ve skutečnosti to není vidět, protože jde o elektromagnetický systém, který funguje na interakci 2 přírodních sil: elektřiny a magnetismu. Tato interakce umožňuje zrychlit vahadlo na rychlost světla, a to doslova.

Část čtvrtá- samotný pevný disk je místo, odkud se informace zapisují a čtou, může jich být několik;

No a pátou a poslední částí designu pevného disku je samozřejmě pouzdro, do kterého se instalují všechny ostatní komponenty. Použité materiály jsou následující: téměř celé tělo je vyrobeno z plastu, vrchní kryt je však vždy kovový. Smontované pouzdro se často nazývá „hermetická zóna“. Existuje názor, že uvnitř kontejnmentové zóny není vzduch, nebo spíše, že je tam vakuum. Tento názor je založen na skutečnosti, že při tak vysokých rychlostech rotace disku může i smítko prachu, které se dostane dovnitř, napáchat spoustu nepěkných věcí. A to je skoro pravda, až na to, že tam není vakuum – ale je tam vyčištěný, vysušený vzduch nebo neutrální plyn – například dusík. I když možná v dřívějších verzích pevných disků se místo čištění vzduchu jednoduše odčerpával.

Bavili jsme se o součástkách, tzn. z čeho se skládá pevný disk?. Nyní pojďme mluvit o ukládání dat.

Jak a v jaké formě jsou data ukládána na pevný disk počítače?

Data jsou uložena v úzkých stopách na povrchu disku. Při výrobě je na disk naneseno více než 200 tisíc těchto stop. Každá stopa je rozdělena do sektorů.

Mapy tratí a sektorů vám umožňují určit, kam se mají zapisovat nebo číst informace. Všechny informace o sektorech a stopách jsou opět umístěny v paměti integrovaného obvodu, který se na rozdíl od ostatních komponent pevného disku nenachází uvnitř pouzdra, ale vně a obvykle ve spodní části.

Samotný povrch disku je hladký a lesklý, ale to je jen na první pohled. Při bližším zkoumání se struktura povrchu ukáže jako složitější. Disk je totiž vyroben z kovové slitiny potažené feromagnetickou vrstvou. Tato vrstva dělá veškerou práci. Feromagnetická vrstva si pamatuje všechny informace, jak? Velmi jednoduché. Kolébková hlava zmagnetizuje mikroskopickou oblast na filmu (feromagnetická vrstva), čímž nastaví magnetický moment takové buňky do jednoho ze stavů: o nebo 1. Každá taková nula a jedna se nazývají bity. Jakákoli informace zaznamenaná na pevném disku tedy ve skutečnosti představuje určitou sekvenci a určitý počet nul a jedniček. Například fotografie dobré kvality zabírá asi 29 milionů těchto buněk a je rozptýlena ve 12 různých sektorech. Ano, zní to působivě, ale ve skutečnosti tak obrovské množství bitů zabírá velmi malou plochu na povrchu disku. Každý centimetr čtvereční povrchu pevného disku obsahuje několik desítek miliard bitů.

Jak funguje pevný disk

Právě jsme se podívali na pevný disk, každou jeho součást zvlášť. Nyní navrhuji zapojit vše do určitého systému, díky kterému bude jasný samotný princip fungování pevného disku.

Tak, princip, na kterém pevný disk funguje dále: když je pevný disk uveden do provozu, znamená to, že se na něj buď zapisuje, nebo se z něj či z něj čtou informace, elektromotor (vřeteno) začíná nabírat na síle, a protože pevné disky jsou připojeny k samotnému vřetenu, podle toho se s ním také začnou otáčet. A dokud otáčky kotouče (disků) nedosáhnou takové úrovně, že se mezi hlavou vahadla a kotoučem vytvoří vzduchový polštář, je vahadlo umístěno ve speciální „parkovací zóně“, aby nedošlo k poškození. Takhle to vypadá.

Jakmile otáčky dosáhnou požadované úrovně, servopohon (elektromagnetický motor) pohne vahadlem, které je již umístěno v místě, odkud je třeba informace zapisovat nebo číst. To přesně usnadňuje integrovaný obvod, který řídí všechny pohyby vahadla.

Je rozšířený názor, jakýsi mýtus, že v době, kdy je disk „nečinný“, tzn. Dočasně s ním nejsou prováděny žádné operace čtení/zápisu a pevné disky uvnitř se přestanou otáčet. To je skutečně mýtus, protože ve skutečnosti se pevné disky uvnitř skříně neustále točí, i když je pevný disk v úsporném režimu a nic se na něj nezapisuje.

Dobře, podrobně jsme se podívali na zařízení pevného disku počítače. Samozřejmě v rámci jednoho článku nelze mluvit o všem, co souvisí s pevnými disky. Například tento článek nemluvil o - to je velké téma, rozhodl jsem se o tom napsat samostatný článek.

Našel jsem zajímavé video o tom, jak funguje pevný disk v různých režimech

Děkuji všem za pozornost, pokud jste se ještě nepřihlásili k odběru aktualizací na tomto webu, vřele doporučuji tak učinit, abyste nepřišli o zajímavé a užitečné materiály. Uvidíme se na stránkách blogu!

Když se počítač spustí, sada firmwaru uložená v čipu BIOS zkontroluje hardware. Pokud je vše v pořádku, předá řízení zavaděči operačního systému. Poté se OS načte a vy začnete počítač používat. Kde byl zároveň uložen operační systém před zapnutím počítače? Jak vaše esej, kterou jste psal celou noc, zůstala po vypnutí PC nedotčena? Znovu, kde je uložen?

Dobře, asi jsem zašel příliš daleko a všichni dobře víte, že počítačová data jsou uložena na pevném disku. Ne každý však ví, co to je a jak to funguje, a protože jste zde, usuzujeme, že bychom to rádi zjistili. No, pojďme to zjistit!

Co je to pevný disk

Tradičně se podívejme na definici pevného disku na Wikipedii:

pevný disk (šroub, pevný disk, pevný magnetický disk, HDD, HDD, HMDD) - úložiště s náhodným přístupem založené na principu magnetického záznamu.

Používají se v naprosté většině počítačů a také jako samostatně připojená zařízení pro ukládání záložních kopií dat, jako úložiště souborů atd.

Pojďme na to trochu přijít. Líbí se mi termín" pevný disk ". Těchto pět slov vyjadřuje podstatu. HDD je zařízení, jehož účelem je ukládat na něj zaznamenaná data po dlouhou dobu. Základem HDD jsou pevné (hliníkové) disky se speciálním povlakem, na které se zapisují informace pomocí speciálních hlav.

Nebudu podrobně zvažovat samotný proces nahrávání - v podstatě jde o fyziku posledních stupňů školy a jsem si jistý, že se do toho nechcete ponořit, a o tom tento článek vůbec není.

Věnujme pozornost také větě: „ náhodný přístup „Což, zhruba řečeno, znamená, že my (počítač) můžeme kdykoli číst informace z jakéhokoli úseku železnice.

Důležitým faktem je, že paměť HDD není volatilní, to znamená, že bez ohledu na to, zda je napájení připojeno nebo ne, informace zaznamenané na zařízení nikam nezmizí. To je důležitý rozdíl mezi trvalou pamětí počítače a dočasnou pamětí ().

Při pohledu na pevný disk počítače v reálném životě neuvidíte ani disky, ani hlavy, protože to vše je skryto v uzavřeném pouzdře (hermetická zóna). Externě pevný disk vypadá takto:

Proč počítač potřebuje pevný disk?

Podívejme se, co je to HDD v počítači, tedy jakou roli hraje v PC. Je jasné, že ukládá data, ale jak a co. Zde zdůrazňujeme následující funkce HDD:

Ukládání OS, uživatelského softwaru a jejich nastavení;
Ukládání uživatelských souborů: hudba, videa, obrázky, dokumenty atd.;
Využití části kapacity pevného disku k ukládání dat, která se nevejdou do paměti RAM (swap file) nebo ukládání obsahu paměti RAM při používání režimu spánku;

Jak vidíte, pevný disk počítače není jen skládka fotografií, hudby a videí. Je na něm uložen celý operační systém a navíc pevný disk pomáhá vyrovnat se se zátěží RAM, přičemž přebírá některé jeho funkce.

Z čeho se skládá pevný disk?

Částečně jsme zmínili komponenty pevného disku, nyní se na to podíváme podrobněji. Takže hlavní součásti HDD:

Rám — chrání mechanismy pevného disku před prachem a vlhkostí. Zpravidla je utěsněn, aby se dovnitř nedostala vlhkost a prach;
Disky (palačinky) - destičky z určité kovové slitiny, oboustranně potažené, na kterých jsou zaznamenány údaje. Počet talířů se může lišit - od jednoho (v rozpočtových možnostech) po několik;
Motor — na jehož vřetenu jsou placky upevněny;
Blok hlavy - provedení vzájemně propojených pák (vahadel) a hlavic. Část pevného disku, která na něj čte a zapisuje informace. Na jednu palačinku se používá pár hlav, protože horní i spodní část fungují;
Polohovací zařízení (akční člen ) - mechanismus, který pohání blok hlavy. Skládá se z dvojice permanentních neodymových magnetů a cívky umístěné na konci hlavového bloku;
Ovladač — elektronický mikroobvod, který řídí provoz HDD;
Parkovací zóna - místo uvnitř pevného disku vedle disků nebo na jejich vnitřní části, kde jsou hlavy v době odstávky spuštěny (zaparkovány), aby nedošlo k poškození pracovní plochy palačinek.

Jedná se o jednoduché zařízení s pevným diskem. Vznikl před mnoha lety a dlouho na něm nebyly provedeny žádné zásadní změny. A jedeme dál.

Jak funguje pevný disk?

Po přivedení energie na HDD se motor, na jehož vřetenu jsou placky připevněny, začne roztáčet. Po dosažení rychlosti, při které se na povrchu disků vytváří konstantní proud vzduchu, se hlavy začnou pohybovat.

Tato sekvence (nejprve se roztočí kotouče a poté začnou pracovat hlavy) je nutná k tomu, aby se vlivem výsledného proudění vzduchu hlavy vznášely nad deskami. Ano, nikdy se nedotýkají povrchu disků, jinak by se disk okamžitě poškodil. Vzdálenost od povrchu magnetických desek k hlavám je však tak malá (~10 nm), že ji pouhým okem nevidíte.

Po spuštění se nejprve načtou servisní informace o stavu pevného disku a další potřebné informace o něm umístěné na tzv. nulté stopě. Teprve poté začíná práce s daty.

Informace na pevném disku počítače se zaznamenávají na stopy, které jsou zase rozděleny do sektorů (jako pizza nakrájená na kousky). Pro zápis souborů je několik sektorů sloučeno do clusteru, což je nejmenší místo, kam lze zapsat soubor.

Kromě tohoto „horizontálního“ oddílu disku existuje také konvenční „vertikální“ oddíl. Protože jsou všechny hlavy kombinované, jsou vždy umístěny nad stejným číslem stopy, každá nad vlastním diskem. Při provozu HDD se tedy zdá, že hlavy kreslí válec:

Zatímco HDD běží, provádí v podstatě dva příkazy: čtení a zápis. Když je potřeba provést příkaz zápisu, vypočítá se oblast na disku, kde bude proveden, poté se umístí hlavy a vlastně se příkaz provede. Výsledek se pak zkontroluje. Kromě zápisu dat přímo na disk končí informace také v jeho mezipaměti.

Pokud řadič obdrží příkaz ke čtení, nejprve zkontroluje, zda jsou požadované informace v mezipaměti. Pokud tam není, znovu se vypočítají souřadnice pro umístění hlavic, poté se hlavice umístí a načtou se data.

Po dokončení práce, když zmizí napájení pevného disku, jsou hlavy automaticky zaparkovány v parkovací zóně.

Takto v podstatě funguje pevný disk počítače. Ve skutečnosti je vše mnohem komplikovanější, ale průměrný uživatel s největší pravděpodobností takové podrobnosti nepotřebuje, takže dokončíme tuto část a pokračujeme.

Typy pevných disků a jejich výrobci

Dnes jsou na trhu vlastně tři hlavní výrobci pevných disků: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Plně pokrývají poptávku po zařízeních všech typů a požadavků. Zbytek společností buď zkrachoval, byly pohlceny jednou z hlavních tří společností, nebo byly změněny.

Pokud mluvíme o typech HDD, lze je rozdělit takto:

U notebooků je hlavním parametrem velikost zařízení 2,5 palce. To umožňuje jejich kompaktní umístění do těla notebooku;
Pro PC - v tomto případě je také možné použít 2,5" pevné disky, ale zpravidla se používají 3,5";
Externí pevné disky jsou zařízení, která se samostatně připojují k PC/notebooku, nejčastěji slouží jako úložiště souborů.

Existuje také speciální typ pevného disku - pro servery. Jsou totožné s běžnými PC, mohou se však lišit připojovacím rozhraním a větším výkonem.

Všechna ostatní rozdělení HDD na typy vycházejí z jejich vlastností, proto je zvažte.

Specifikace pevného disku

Takže hlavní vlastnosti pevného disku počítače:

Objem — ukazatel maximálního možného množství dat, které lze uložit na disk. První věc, na kterou se obvykle dívají při výběru HDD. Toto číslo může dosáhnout 10 TB, i když pro domácí PC často volí 500 GB - 1 TB;
Tvarový faktor — velikost pevného disku. Nejběžnější jsou 3,5 a 2,5 palce. Jak bylo uvedeno výše, 2,5″ se ve většině případů instalují do notebooků. Používají se také v externích HDD. 3,5″ je nainstalován v počítačích a serverech. Formát také ovlivňuje objem, protože na větší disk se vejde více dat;
Rychlost vřetena — jakou rychlostí se palačinky otáčejí? Nejběžnější jsou 4200, 5400, 7200 a 10000 ot./min. Tato vlastnost přímo ovlivňuje výkon a také cenu zařízení. Čím vyšší je rychlost, tím větší jsou obě hodnoty;
Rozhraní — způsob (typ konektoru) připojení HDD k počítači. Nejoblíbenějším rozhraním pro interní pevné disky je dnes SATA (starší počítače používaly IDE). Externí pevné disky se obvykle připojují přes USB nebo FireWire. Kromě těch uvedených existují také rozhraní jako SCSI, SAS;
Objem vyrovnávací paměti (mezipaměť) - typ rychlé paměti (jako RAM) nainstalované na řadiči pevného disku, určené pro dočasné ukládání dat, ke kterým se nejčastěji přistupuje. Velikost vyrovnávací paměti může být 16, 32 nebo 64 MB;
Čas náhodného přístupu — doba, po kterou je zaručeno, že HDD bude zapisovat nebo číst z jakékoli části disku. Rozsahy od 3 do 15 ms;

Kromě výše uvedených charakteristik můžete také najít takové ukazatele, jako jsou:

Jak vypadá moderní pevný disk (HDD) uvnitř? Jak to rozebrat? Jak se tyto části nazývají a jaké funkce plní v obecném mechanismu ukládání informací? Odpovědi na tyto a další otázky naleznete níže. Kromě toho si ukážeme vztah mezi ruskou a anglickou terminologií popisující součásti pevných disků.

Pro názornost se podíváme na 3,5palcový SATA disk. Půjde o zcela nový terabajt Seagate ST31000333AS. Pojďme prozkoumat naše morče.

Zelená deska zajištěná šrouby s viditelným vzorem stopy, napájecí a SATA konektory se nazývá deska elektroniky nebo řídicí deska (Printed Circuit Board, PCB). Provádí funkce elektronického ovládání pevného disku. Jeho práci lze přirovnat k ukládání digitálních dat do magnetických otisků prstů a jejich zpětnému rozpoznání na požádání. Třeba jako pilný písař s texty na papíře. Černé hliníkové pouzdro a jeho obsah se nazývá Head and Disk Assembly (HDA). Mezi odborníky je obvyklé nazývat to „plechovka“. Samotné pouzdro bez obsahu se také nazývá hermetický blok (základna).

Nyní vyjmeme desku plošných spojů (budete potřebovat hvězdicový šroubovák T-6) a prozkoumáme součástky na ní umístěné.

První, co vás upoutá, je velký čip umístěný uprostřed – System On Chip (SOC). Jsou v něm dvě hlavní složky:

Centrální procesor, který provádí všechny výpočty (Central Processor Unit, CPU). Procesor má vstupní/výstupní porty (IO porty) pro ovládání dalších komponent umístěných na desce plošných spojů a přenos dat přes rozhraní SATA.
Čtecí/zápisový kanál - zařízení, které během operace čtení převádí analogový signál přicházející z hlav na digitální data a během zápisu kóduje digitální data na analogový signál. Sleduje také polohu hlav. Jinými slovy, při psaní vytváří magnetické obrazy a při čtení je rozpoznává.

Paměťový čip je běžná paměť DDR SDRAM. Velikost paměti určuje velikost mezipaměti pevného disku. Na tomto plošném spoji je osazeno 32 MB paměti Samsung DDR, což disku teoreticky dává cache 32 MB (a to je přesně množství uvedené v technických specifikacích pevného disku), ale není to tak úplně pravda. Paměť je totiž logicky rozdělena na vyrovnávací paměť (cache) a paměť firmwaru. Procesor vyžaduje určité množství paměti pro načtení modulů firmwaru. Pokud víme, pouze výrobce HGST uvádí skutečnou velikost cache v popisu technických specifikací; Ohledně ostatních disků můžeme skutečnou velikost mezipaměti pouze hádat. Ve specifikaci ATA tvůrci nerozšířili limit stanovený v dřívějších verzích, rovný 16 megabajtů. Programy proto nemohou zobrazit hlasitost větší než maximální.

Dalším čipem je ovladač motoru vřetena a ovládání kmitací cívky, který pohybuje hlavní jednotkou (regulátor motoru s hlasovou cívkou a vřetena, regulátor VCM&SM). V žargonu specialistů jde o „zvrat“. Tento čip navíc řídí sekundární zdroje umístěné na desce, které napájejí procesor a čip předzesilovač-spínač (předzesilovač, předzesilovač), umístěný v HDA. Toto je hlavní spotřebitel energie na desce s plošnými spoji. Řídí otáčení vřetena a pohyb hlav. Po vypnutí napájení také přepne zastavovací motor do generačního režimu a výslednou energii dodává do kmitací cívky pro plynulé zaparkování magnetických hlav. Jádro regulátoru VCM může pracovat i při teplotách 100°C.

Část programu pro ovládání disku (firmware) je uložena ve flash paměti (na obrázku vyznačeno: Flash). Když je na disk přivedeno napájení, mikrokontrolér do sebe nejprve načte malou bootovací ROM a poté přepíše obsah flash čipu do paměti a začne spouštět kód z RAM. Bez správně načteného kódu disk ani nebude chtít nastartovat motor. Pokud na desce není žádný flash čip, znamená to, že je zabudován v mikrokontroléru. Na moderních discích (zhruba od roku 2004 a novějších, ale výjimkou jsou pevné disky Samsung a ty s nálepkami Seagate) obsahuje flash paměť tabulky s mechanikami a kódy nastavení hlav, které jsou pro daný HDA jedinečné a na jiný se nevejdou. Operace „switch controller“ tedy vždy končí buď tím, že disk „nedetekován v BIOSu“ nebo určen podle továrního interního názvu, ale stále neposkytuje přístup k datům. U dotyčného disku Seagate 7200.11 vede ztráta původního obsahu flash paměti k úplné ztrátě přístupu k informacím, protože nebude možné vybrat nebo uhodnout nastavení (v žádném případě taková technika není autorovi známé).

Na kanálu R.Lab YouTube je několik příkladů přeskupení desky s přepájením mikroobvodu z vadné desky na funkční:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX výměna PCB
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ výměna PCB

Otřesový senzor reaguje na otřesy, které jsou pro disk nebezpečné, a vyšle o tom signál do řadiče VCM. VCM okamžitě zaparkuje hlavy a může zastavit otáčení disku. Teoreticky by tento mechanismus měl chránit disk před dalším poškozením, ale v praxi to nefunguje, takže disky neupouštějte. I když spadnete, motor vřetena se může zaseknout, ale o tom později. U některých disků je snímač vibrací vysoce citlivý, reaguje na sebemenší mechanické vibrace. Data přijatá ze snímače umožňují ovladači VCM korigovat pohyb hlav. Kromě toho hlavního mají takové disky nainstalované dva další snímače vibrací. Na naší desce nejsou další senzory připájeny, ale jsou pro ně místa - na obrázku označena jako „Snímač vibrací“.

Deska má další ochranné zařízení - potlačení přechodového napětí (TVS). Chrání desku před přepětím. Když dojde k přepětí, TVS shoří a vytvoří zkrat na kostru. Tato deska má dva TVS, 5 a 12 voltů.

Elektronika pro starší disky byla méně integrovaná, přičemž každá funkce byla rozdělena do jednoho nebo více čipů.

Nyní se podíváme na HDA.

Pod deskou jsou kontakty pro motor a hlavy. Na těle disku je navíc malý, téměř neviditelný otvor (dýchací otvor). Slouží k vyrovnání tlaku. Mnoho lidí věří, že uvnitř pevného disku je vakuum. Ve skutečnosti to není pravda. Vzduch je potřeba pro aerodynamický vzlet hlav nad hladinou. Tento otvor umožňuje kotouči vyrovnat tlak uvnitř a vně ochranného prostoru. Z vnitřní strany je tento otvor překryt dechovým filtrem, který zachycuje částice prachu a vlhkosti.

Nyní se podíváme dovnitř ochranné zóny. Odstraňte kryt disku.

Víko samo o sobě není nic zajímavého. Je to jen ocelová deska s gumovým těsněním, aby se dovnitř nedostal prach. Nakonec se podívejme na plnění kontejnmentové zóny.

Informace jsou uloženy na discích, nazývaných také „talíře“, magnetické povrchy nebo desky. Data se zaznamenávají na obou stranách. Někdy však není hlava nainstalována na jedné straně, nebo je hlava fyzicky přítomna, ale v továrně je deaktivována. Na fotografii vidíte horní desku odpovídající hlavě s nejvyšším číslem. Desky jsou vyrobeny z leštěného hliníku nebo skla a jsou potaženy několika vrstvami různého složení, včetně feromagnetické látky, na které jsou data skutečně uložena. Mezi deskami, stejně jako nad jejich horní částí, vidíme speciální vložky nazývané děliče nebo separátory. Jsou potřebné k vyrovnání proudění vzduchu a snížení akustického hluku. Zpravidla jsou vyrobeny z hliníku nebo plastu. Hliníkové separátory se úspěšněji vyrovnávají s chlazením vzduchu uvnitř kontejnmentové zóny. Níže je uveden příklad modelu průchodu proudění vzduchu uvnitř hermetické jednotky.

Boční pohled na desky a separátory.

Čtecí a zapisovací hlavy (hlavy) jsou instalovány na koncích držáků jednotky magnetické hlavy nebo HSA (Head Stack Assembly, HSA). Parkovací zóna je oblast, kde by měly být hlavy zdravého disku, pokud je vřeteno zastaveno. U tohoto disku je parkovací zóna umístěna blíže k vřetenu, jak je vidět na fotografii.

U některých pohonů se parkování provádí na speciálních plastových parkovacích plochách umístěných mimo štítky.

Parkovací podložka pro Western Digital 3,5” disk

V případě parkování hlav uvnitř desek je potřeba speciální nástroj pro odstranění bloku magnetických hlav bez něj, je velmi obtížné vyjmout BMG bez poškození. Pro vnější parkování můžete mezi hlavy vložit plastové trubky vhodné velikosti a blok vyjmout. Sice existují i stahováky pro toto pouzdro, ale ty jsou jednodušší konstrukce.

Pevný disk je přesný polohovací mechanismus a vyžaduje velmi čistý vzduch, aby správně fungoval. Během používání se mohou uvnitř pevného disku tvořit mikroskopické částice kovu a mastnoty. Pro okamžité vyčištění vzduchu uvnitř kotouče je zde recirkulační filtr. Jedná se o high-tech zařízení, které neustále shromažďuje a zachycuje drobné částice. Filtr je umístěn v dráze proudů vzduchu vzniklých rotací desek

Nyní sejmeme horní magnet a podívejme se, co se skrývá pod ním.

Pevné disky využívají velmi výkonné neodymové magnety. Tyto magnety jsou tak silné, že dokážou zvednout až 1300násobek své vlastní hmotnosti. Neměli byste tedy dávat prst mezi magnet a kov nebo jiný magnet – úder bude velmi citlivý. Na této fotografii jsou omezovače BMG. Jejich úkolem je omezit pohyb hlav a nechat je na povrchu desek. Omezovače BMG různých modelů jsou navrženy odlišně, ale vždy jsou dva, používají se na všech moderních pevných discích. U našeho pohonu je druhý omezovač umístěn na spodním magnetu.

Zde je to, co tam můžete vidět.

Černá plastová část se složitým tvarem se nazývá západka ovladače. Dodává se ve dvou typech: magnetický a vzduchový zámek. Magnetická funguje jako jednoduchá magnetická západka. Uvolnění se provádí přivedením elektrického impulsu. Vzduchová západka uvolní BMG poté, co motor vřetena dosáhne dostatečné rychlosti, aby tlak vzduchu posunul západku z dráhy kmitací cívky. Držák chrání hlavy před vylétnutím do pracovní oblasti. Pokud z nějakého důvodu západka neplní svou funkci (disk spadl nebo narazil, když byl zapnutý), hlavy se přilepí k povrchu. U 3,5“ disků následná aktivace jednoduše utrhne hlavy kvůli vyššímu výkonu motoru. Ale 2,5" má menší výkon motoru a šance na obnovu dat osvobozením původních hlav ze zajetí jsou poměrně vysoké.

Nyní odejmeme blok magnetické hlavy.

Přesnost a hladký pohyb BMG je podporován přesným ložiskem. Největší část BMG, vyrobená z hliníkové slitiny, se obvykle nazývá držák nebo vahadlo (rameno). Na konci vahadla jsou hlavy na pružinovém závěsu (Heads Gimbal Assembly, HGA). Obvykle samotné hlavy a vahadla dodávají různí výrobci. Flexibilní kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) vede k podložce, která se připojuje k řídicí desce.

Pojďme se blíže podívat na komponenty BMG.

Cívka připojená ke kabelu.

Ložisko.

Následující fotografie ukazuje kontakty BMG.

Těsnění zajišťuje těsnost spoje. Vzduch tak může do jednotky s kotouči a hlavami vstupovat pouze otvorem pro vyrovnávání tlaku. Tento disk má kontakty potažené tenkou vrstvou zlata, aby se zabránilo oxidaci. Ale na straně desky elektroniky často dochází k oxidaci, což vede k poruše HDD. Oxidaci z kontaktů můžete odstranit gumou.

Jedná se o klasický rockerský design.

Malé černé části na koncích pružinových závěsů se nazývají posuvníky. Mnoho zdrojů uvádí, že posuvníky a hlavy jsou totéž. Posuvník ve skutečnosti pomáhá číst a zapisovat informace zvednutím hlavy nad povrch magnetických disků. Na moderních pevných discích se hlavy pohybují ve vzdálenosti 5-10 nanometrů od povrchu. Pro srovnání, lidský vlas má průměr asi 25 000 nanometrů. Pokud se nějaká částice dostane pod šoupátko, může dojít k přehřátí hlavic v důsledku tření a jejich selhání, proto je čistota vzduchu uvnitř kontejnmentu tak důležitá. Prach může také způsobit škrábance. Z nich se tvoří nové prachové částice, ale nyní magnetické, které ulpívají na magnetickém disku a způsobují nové škrábance. To vede k tomu, že se disk rychle poškrábe nebo se v žargonu „rozřízne“. V tomto stavu již nefunguje tenká magnetická vrstva ani magnetické hlavy a pevný disk se klepe (cvaknutí smrti).

Samotné prvky čtecí a zapisovací hlavy jsou umístěny na konci posuvníku. Jsou tak malé, že je lze vidět pouze s dobrým mikroskopem. Níže je uveden příklad fotografie (vpravo) přes mikroskop a schematické znázornění (vlevo) vzájemné polohy psacího a čtecího prvku hlavy.

Podívejme se blíže na povrch posuvníku.

Jak je vidět, povrch slideru není rovný, má aerodynamické drážky. Pomáhají stabilizovat výšku letu jezdce. Vzduch pod jezdcem tvoří vzduchový polštář (Air Bearing Surface, ABS). Vzduchový polštář udržuje let jezdce téměř rovnoběžně s povrchem palačinky.

Zde je další obrázek posuvníku.

Kontakty hlavy jsou zde dobře viditelné.

To je další důležitá část BMG, o které se ještě nemluvilo. Říká se mu předzesilovač (předzesilovač). Předzesilovač je čip, který řídí hlavy a zesiluje signál přicházející do nich nebo z nich.

Předzesilovač je umístěn přímo v BMG z velmi prostého důvodu – signál vycházející z hlav je velmi slabý. Na moderních jednotkách má frekvenci vyšší než 1 GHz. Pokud posunete předzesilovač mimo hermetickou zónu, bude takto slabý signál na cestě k řídicí desce značně utlumen. Není možné instalovat zesilovač přímo na hlavu, protože se během provozu výrazně zahřívá, což znemožňuje práci polovodičového zesilovače tak malých velikostí, které ještě nebyly vynalezeny.

Dost o hlavách, pojďme disk dále rozebrat. Odstraňte horní oddělovač.

Takhle vypadá.

Na další fotografii vidíte uzavřenou oblast s odstraněným horním separátorem a blokem hlavy.

Spodní magnet se stal viditelným.

Nyní upínací kroužek (svorka talířů).

Tento kroužek drží blok desek pohromadě a brání jim ve vzájemném pohybu.

Palačinky jsou navlečeny na náboji vřetena.

Nyní, když palačinky nic nedrží, odstraňte horní palačinku. To je to, co je dole.

Nyní je jasné, jak je vytvořen prostor pro hlavy – mezi palačinkami jsou distanční kroužky. Na fotografii je druhá palačinka a druhý oddělovač.

Distanční kroužek je vysoce přesný díl vyrobený z nemagnetické slitiny nebo polymerů. Sundáme to.

Vyjmeme z disku vše ostatní, abychom zkontrolovali spodní část hermetického bloku.

Takto vypadá otvor pro vyrovnání tlaku. Je umístěn přímo pod vzduchovým filtrem. Pojďme se na filtr podívat blíže.

Protože vzduch přicházející zvenčí nutně obsahuje prach, má filtr několik vrstev. Je mnohem tlustší než cirkulační filtr. Někdy obsahuje částice silikagelu pro boj s vlhkostí vzduchu. Pokud je však pevný disk umístěn ve vodě, dostane se dovnitř přes filtr! A to vůbec neznamená, že voda, která se dostane dovnitř, bude čistá. Soli krystalizují na magnetických površích a místo desek je k dispozici brusný papír.

Trochu více o vřetenovém motoru. Jeho provedení je schematicky znázorněno na obrázku.

Uvnitř náboje vřetena je upevněn permanentní magnet. Vinutí statoru, měnící magnetické pole, způsobují rotaci rotoru.

Motory se dodávají ve dvou typech, s kuličkovými ložisky a s hydrodynamickými ložisky (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Kuličková propiska se přestala používat před více než 10 lety. To je způsobeno tím, že jejich beat je vysoký. V hydrodynamickém ložisku je házení mnohem nižší a pracuje mnohem tišeji. Ale je tu také pár nevýhod. Za prvé se může zaseknout. U míčových se tento jev nestal. Pokud kuličková ložiska selhala, začala vydávat hlasitý zvuk, ale informace, i když pomalu, byly čitelné. Nyní, v případě ložiskového klínu, musíte pomocí speciálního nástroje vyjmout všechny disky a nainstalovat je na motor pracovního vřetena. Operace je velmi složitá a málokdy vede k úspěšné obnově dat. Klín může vzniknout prudkou změnou polohy v důsledku velké hodnoty Coriolisovy síly působící na osu a vedoucí k jejímu ohybu. V krabici jsou například externí 3,5“ disky. Krabice stála svisle, dotkla se jí a spadla vodorovně. Zdálo by se, že neletěl daleko?! Ale ne - motor je zaklíněný a nelze získat žádné informace.

Za druhé, z hydrodynamického ložiska může vytékat mazivo (je tekuté, je ho na rozdíl od gelového maziva používaného v kuličkových ložiskách poměrně hodně) a dostat se na magnetické desky. Aby se mazivo nedostalo na magnetické povrchy, použijte mazivo s částicemi, které mají magnetické vlastnosti a zachycují jejich magnetické pasti. Používají také absorpční kroužek kolem místa možného úniku. Přehřívání disku přispívá k netěsnosti, proto je důležité hlídat provozní teplotu.

Souvislost mezi ruskou a anglickou terminologií objasnil Leonid Vorzhev.

Aktualizace 2018, Sergey Yatsenko

Reprodukce nebo citace jsou povoleny za předpokladu, že bude zachován odkaz na originál.

Zařízení pevného disku

Artyom Rubtsov,R.LAB Souvislost mezi ruskou a anglickou terminologií objasnil Leonid Vorzhev.

Účelem tohoto článku je popsat strukturu moderního pevného disku, mluvit o jeho hlavních součástech, ukázat, jak vypadají a jak se nazývají. Kromě toho si ukážeme vztah mezi ruskou a anglickou terminologií popisující součásti pevných disků.

Pro názornost se podíváme na 3,5palcový SATA disk. Půjde o zcela nový terabajt Seagate ST31000333AS. Pojďme prozkoumat naše morče.

Zelená PCB s měděnými stopami, napájecími a SATA konektory se nazývá deska elektroniky nebo řídicí deska (Printed Circuit Board, PCB). Slouží k ovládání provozu pevného disku. Černé hliníkové pouzdro a jeho obsah se nazývají HDA (Hlavní a disková sestava, HDA odborníci také nazývají „plechovka“). Samotné pouzdro bez obsahu se také nazývá hermetický blok (základna).

Nyní vyjmeme plošný spoj a prozkoumáme součástky na něm umístěné.

První, co zaujme, je velký čip umístěný uprostřed – mikrokontrolér, neboli procesor (Micro Controller Unit, MCU). Na moderních pevných discích se mikrokontrolér skládá ze dvou částí – centrální procesorové jednotky (CPU), která provádí všechny výpočty, a kanálu čtení/zápisu – speciálního zařízení, které během čtení převádí analogový signál přicházející z hlav na digitální data. provozu a kóduje digitální data do analogového signálu během zápisu. Procesor má vstupní/výstupní porty (IO porty) pro ovládání dalších komponent umístěných na desce plošných spojů a přenos dat přes rozhraní SATA.

Paměťový čip je běžná paměť DDR SDRAM. Velikost paměti určuje velikost mezipaměti pevného disku. Na tomto plošném spoji je osazeno 32 MB paměti Samsung DDR, což disku teoreticky dává cache 32 MB (a to je přesně množství uvedené v technických specifikacích pevného disku), ale není to tak úplně pravda. Paměť je totiž logicky rozdělena na vyrovnávací paměť (cache) a paměť firmwaru. Procesor vyžaduje určité množství paměti pro načtení modulů firmwaru. Podle našich nejlepších znalostí uvádí skutečnou velikost mezipaměti v technických specifikacích pouze Hitachi/IBM; U ostatních disků lze velikost mezipaměti pouze hádat.

Dalším čipem je řídicí jednotka motoru a hlavní jednotky neboli „twist“ (řadič motoru s hlasovou cívkou, ovladač VCM). Tento čip navíc řídí sekundární zdroje umístěné na desce, které napájejí procesor a čip předzesilovač-spínač (předzesilovač, předzesilovač), umístěný v HDA. Toto je hlavní spotřebitel energie na desce s plošnými spoji. Řídí otáčení vřetena a pohyb hlav. Jádro regulátoru VCM může pracovat i při teplotách 100 °C.

Část firmwaru disku je uložena ve flash paměti. Po připojení napájení na disk mikrokontrolér načte obsah flash čipu do paměti a začne provádět kód. Bez správně načteného kódu se disk nebude chtít ani roztočit. Pokud na desce není žádný flash čip, znamená to, že je zabudován v mikrokontroléru.

Snímač vibrací (snímač otřesů) reaguje na otřesy, které jsou pro disk nebezpečné, a vyšle o tom signál do řadiče VCM. VCM okamžitě zaparkuje hlavy a může zastavit otáčení disku. Teoreticky by tento mechanismus měl chránit disk před dalším poškozením, ale v praxi to nefunguje, takže disky neupouštějte. U některých jednotek je snímač vibrací vysoce citlivý a reaguje na sebemenší vibrace. Data přijatá ze snímače umožňují ovladači VCM korigovat pohyb hlav. Na takových discích jsou instalovány alespoň dva snímače vibrací.

Nyní se podíváme na HDA.

Pod deskou jsou kontakty pro motor a hlavy. Na těle disku je navíc malý, téměř neviditelný otvor (dýchací otvor). Slouží k vyrovnání tlaku. Mnoho lidí věří, že uvnitř pevného disku je vakuum. Ve skutečnosti to není pravda. Tento otvor umožňuje kotouči vyrovnat tlak uvnitř a vně ochranného prostoru. Z vnitřní strany je tento otvor překryt dechovým filtrem, který zachycuje částice prachu a vlhkosti.

Nyní se podíváme dovnitř ochranné zóny. Odstraňte kryt disku.

Víko samo o sobě není nic zajímavého. Je to jen kus kovu s gumovým těsněním, aby se dovnitř nedostal prach. Nakonec se podívejme na plnění kontejnmentové zóny.

Vzácné informace jsou uloženy na kovových discích, nazývaných také plotny. Na fotce vidíte vrchní placku. Desky jsou vyrobeny z leštěného hliníku nebo skla a jsou potaženy několika vrstvami různého složení, včetně feromagnetické látky, na které jsou data skutečně uložena. Mezi palačinkami, stejně jako nad jejich vrškem, vidíme speciální desky zvané děliče nebo oddělovače. Jsou potřebné k vyrovnání proudění vzduchu a snížení akustického hluku. Zpravidla jsou vyrobeny z hliníku nebo plastu. Hliníkové separátory se úspěšněji vyrovnávají s chlazením vzduchu uvnitř kontejnmentové zóny.

Boční pohled na palačinky a oddělovače.

U některých pohonů se parkování provádí na speciálních plastových parkovacích plochách umístěných mimo štítky.

Nyní sejmeme horní magnet a podívejme se, co se skrývá pod ním.

Zde je to, co tam můžete vidět.

Vidíme zde také kmitací cívku, která je součástí magnetické hlavové jednotky. Cívka a magnety tvoří pohon VCM (Voice Coil Motor, VCM). Pohon a blok magnetických hlav tvoří polohovadlo (aktor) - zařízení, které pohybuje hlavami. Černá plastová část se složitým tvarem se nazývá západka ovladače. Jedná se o ochranný mechanismus, který uvolní BMG poté, co motor vřetena dosáhne určitého počtu otáček. To se děje v důsledku tlaku proudícího vzduchu. Zámek chrání hlavy před nežádoucími pohyby v parkovací poloze.

Nyní odejmeme blok magnetické hlavy.

Pojďme se blíže podívat na komponenty BMG.

Cívka připojená ke kabelu.

Ložisko.

Následující fotografie ukazuje kontakty BMG.

Jedná se o klasický rockerský design.

Malé černé části na koncích pružinových závěsů se nazývají posuvníky. Mnoho zdrojů uvádí, že posuvníky a hlavy jsou totéž. Posuvník ve skutečnosti pomáhá číst a zapisovat informace zvednutím hlavy nad povrch palačinek. Na moderních pevných discích se hlavy pohybují ve vzdálenosti 5–10 nanometrů od povrchu palačinek. Pro srovnání, lidský vlas má průměr asi 25 000 nanometrů. Pokud se nějaká částice dostane pod šoupátko, může dojít k přehřátí hlavic v důsledku tření a jejich selhání, proto je čistota vzduchu uvnitř kontejnmentu tak důležitá. Samotné prvky pro čtení a psaní jsou umístěny na konci posuvníku. Jsou tak malé, že je lze vidět pouze s dobrým mikroskopem.

Zde je další obrázek posuvníku.

Kontakty hlavy jsou zde dobře viditelné.

Předzesilovač je umístěn přímo v BMG z velmi prostého důvodu – signál vycházející z hlav je velmi slabý. Na moderních jednotkách má frekvenci asi 1 GHz. Pokud posunete předzesilovač mimo hermetickou zónu, bude takto slabý signál na cestě k řídicí desce značně utlumen.

Existuje více stop vedoucích z předzesilovače k hlavám (vpravo) než do oblasti kontejnmentu (vlevo). Pevný disk totiž nemůže současně pracovat s více než jednou hlavou (dvojice zapisovacích a čtecích prvků). Pevný disk vysílá signály do předzesilovače a ten vybírá hlavu, ke které pevný disk právě přistupuje. Tento pevný disk má šest stop vedoucích ke každé hlavě. Proč tolik? Jedna stopa je broušená, dvě další jsou pro prvky pro čtení a zápis. Další dvě dráhy jsou pro ovládání minipohonů, speciálních piezoelektrických nebo magnetických zařízení, která mohou pohybovat nebo otáčet jezdcem. To pomáhá k přesnějšímu nastavení polohy hlav nad dráhou. Poslední cesta vede k topení. Topení slouží k regulaci výšky letu hlav. Ohřívač přenáší teplo do závěsu spojujícího jezdce a vahadlo. Závěs je vyroben ze dvou slitin s různými charakteristikami tepelné roztažnosti. Při zahřátí se závěs ohýbá směrem k povrchu palačinky a tím se snižuje výška letu hlavy. Po vychladnutí se gimbal narovná.

Dost o hlavách, pojďme disk dále rozebrat. Odstraňte horní oddělovač.

Takhle vypadá.