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El principio de grabar información en un disco duro. Requisitos principales para HDD. Disquetes y discos duros

Almacenamiento de información en discos duros

Parte 1

1. Introducción

La mayoría de los usuarios, respondiendo a la pregunta de qué hay en la unidad de su sistema, mencionan, entre otras cosas, el disco duro. El disco duro es el dispositivo en el que se almacenan con mayor frecuencia sus datos. Existe una leyenda que explica por qué los discos duros recibieron un nombre tan elegante. El primer disco duro lanzado en Estados Unidos a principios de los años 70 tenía una capacidad de 30 MB de información en cada superficie de trabajo. Al mismo tiempo, el rifle de repetición de O. F. Winchester, muy conocido en Estados Unidos, tenía un calibre 0,30; Tal vez el primer disco duro retumbó como una ametralladora durante su funcionamiento, o olía a pólvora; no lo sé, pero a partir de entonces los discos duros comenzaron a llamarse discos duros.

Durante el funcionamiento de la computadora, se producen fallos de funcionamiento. Virus, cortes de energía, errores de software: todo esto puede dañar la información almacenada en su disco duro. El daño a la información no siempre significa su pérdida, por lo que es útil saber cómo se almacena en el disco duro, porque así se podrá restaurar. Entonces, por ejemplo, si el área de arranque está dañada por un virus, no es necesario formatear todo el disco (!), pero, después de restaurar el área dañada, continúe con el funcionamiento normal conservando todos sus datos invaluables.

Por un lado, en el proceso de redacción de este artículo, me propuse la tarea de contarles:

sobre los principios de grabar información en un disco duro;
sobre la ubicación y carga del sistema operativo;
sobre cómo dividir correctamente su nuevo disco duro en particiones para poder utilizar varios sistemas operativos.

Por otro lado, quiero preparar al lector para el segundo artículo, en el que hablaré de programas llamados gestores de arranque. Para comprender cómo funcionan estos programas, es necesario tener conocimientos básicos sobre aspectos como MBR, particiones, etc.

Basta de palabras generales: comencemos.

2. Dispositivo de disco duro

Un disco duro (HDD - Hard Disk Drive) está diseñado de la siguiente manera: en un eje conectado a un motor eléctrico hay un bloque de varios discos (panqueques), sobre cuya superficie hay cabezales para leer / escribir información. Las cabezas tienen forma de ala y están unidas a una correa en forma de media luna. Durante el funcionamiento, “vuelan” sobre la superficie de los discos en el flujo de aire que se crea cuando los mismos discos giran. Obviamente, la fuerza de elevación depende de la presión del aire sobre las cabezas. Esto, a su vez, depende de la presión atmosférica externa. Por lo tanto, algunos fabricantes indican un techo operativo máximo (por ejemplo, 3000 m) en las especificaciones de sus dispositivos. ¿Por qué no un avión? El disco se divide en pistas (o pistas), que a su vez se dividen en sectores. Dos pistas equidistantes del centro pero ubicadas en lados opuestos del disco se llaman cilindros.

3. Almacenamiento de información

Un disco duro, como cualquier otro dispositivo de bloques, almacena información en porciones fijas llamadas bloques. Un bloque es el dato más pequeño que tiene una dirección única en el disco duro. Para leer o escribir la información requerida en la ubicación deseada, es necesario proporcionar la dirección del bloque como parámetro del comando emitido al controlador del disco duro. El tamaño del bloque ha sido durante mucho tiempo estándar para todos los discos duros: 512 bytes.

Desafortunadamente, muy a menudo existe confusión entre conceptos como "sector", "clúster" y "bloque". De hecho, no existe diferencia entre un “bloque” y un “sector”. Es cierto que un concepto es lógico y el segundo es topológico. Un “clúster” son varios sectores considerados por el sistema operativo como un todo. ¿Por qué no abandonó el trabajo simple con sectores? Yo responderé. El cambio a clústeres se produjo porque el tamaño de la tabla FAT era limitado y el tamaño del disco aumentaba. En el caso de FAT16, para un disco de 512 MB, el clúster será de 8 KB, hasta 1 GB - 16 KB, hasta 2 GB - 32 KB, y así sucesivamente.

Para direccionar de forma única un bloque de datos, debe especificar los tres números (número de cilindro, número de sector en la pista, número de cabezal). Este método de direccionamiento de disco estaba muy extendido y posteriormente fue designado con la abreviatura CHS (cilindro, cabeza, sector). Fue este método el que se implementó originalmente en el BIOS, por lo que posteriormente surgieron limitaciones asociadas con él. El hecho es que el BIOS ha definido una cuadrícula de direcciones de bits de 63 sectores, 1024 cilindros y 255 cabezales. Sin embargo, el desarrollo de los discos duros en aquella época se limitaba al uso de sólo 16 cabezales debido a la complejidad de su fabricación. Aquí apareció la primera limitación en la capacidad máxima permitida del disco duro para direccionamiento: 1024 × 16 × 63 × 512 = 504 MB.

Con el tiempo, los fabricantes empezaron a fabricar discos duros más grandes. En consecuencia, el número de cilindros superó los 1024, el número máximo permitido de cilindros (desde el punto de vista del BIOS antiguo). Sin embargo, la parte direccionable del disco permaneció igual a 504 MB, siempre que se accediera al disco mediante el BIOS. Esta limitación finalmente se eliminó mediante la introducción del llamado mecanismo de traducción de direcciones, que se analiza a continuación.

Los problemas que surgieron con las limitaciones del BIOS en términos de la geometría física de los discos finalmente llevaron al surgimiento de una nueva forma de direccionar los bloques en el disco. Este método es bastante sencillo. Los bloques de un disco se describen mediante un parámetro: la dirección lineal del bloque. El direccionamiento de disco recibió linealmente la abreviatura LBA (direccionamiento de bloque lógico). La dirección lineal de un bloque está asociada únicamente con su dirección CHS:

lba = (cilindro*CABEZAS + cabeza)*SECTORES + (sector-1);

La introducción del soporte para el direccionamiento lineal en los controladores de discos duros hizo posible que los BIOS realicen la traducción de direcciones. La esencia de este método es que si aumenta el parámetro HEADS en la fórmula anterior, se necesitarán menos cilindros para direccionar el mismo. número de bloques de disco, pero luego se necesitarán más cabezales. Sin embargo, solo se utilizaron 16 de 255 cabezales, por lo que los BIOS comenzaron a transferir el exceso de cilindros a los cabezales, reduciendo el número de algunos y aumentando el número de otros. Esto les permitió utilizar toda la rejilla de descarga de cabezales. Esto elevó el límite de espacio en disco direccionable por BIOS a 8 GB.

Es imposible no decir algunas palabras sobre el modo grande. Este modo de funcionamiento está diseñado para operar discos duros de hasta 1 GB. En modo grande, el número de cabezales lógicos aumenta a 32 y el número de cilindros lógicos se reduce a la mitad. En este caso, los accesos a los cabezales lógicos 0..F se traducen a cilindros físicos pares y los accesos a los cabezales 10..1F se traducen a cilindros impares. Un disco duro particionado en modo LBA no es compatible con el modo Grande y viceversa.

Un mayor aumento en los volúmenes de discos direccionables utilizando los servicios de BIOS anteriores se ha vuelto fundamentalmente imposible. De hecho, todos los parámetros se utilizan en la “barra” máxima (63 sectores, 1024 cilindros y 255 culatas). Luego se desarrolló una nueva interfaz BIOS ampliada, teniendo en cuenta la posibilidad de direcciones de bloque muy grandes. Sin embargo, esta interfaz ya no es compatible con la anterior, por lo que los sistemas operativos más antiguos, como DOS, que utilizan interfaces BIOS antiguas, no pudieron ni podrán superar el límite de 8 GB. Casi todos los sistemas modernos ya no usan BIOS, sino que usan sus propios controladores para trabajar con discos. Por lo tanto, esta restricción no se aplica a ellos, pero debe entenderse que antes de que el sistema pueda usar su propio controlador, al menos debe cargar. Por lo tanto, en la etapa de arranque inicial, cualquier sistema se ve obligado a utilizar el BIOS. Esto provoca restricciones en la ubicación de muchos sistemas de más de 8 GB; no pueden arrancar desde allí, pero pueden leer y escribir información (por ejemplo, DOS que funciona con el disco a través del BIOS).

4. Secciones o Particiones

Pasemos ahora a colocar sistemas operativos en discos duros. Para organizar los sistemas, el espacio de direcciones de disco de los bloques se divide en partes llamadas particiones. Las particiones son exactamente como un disco completo en el sentido de que están formadas por bloques contiguos. Gracias a esta organización, para describir un tramo basta con indicar el inicio del tramo y su longitud en bloques. Un disco duro puede contener cuatro particiones primarias.

Cuando la computadora arranca, el BIOS carga el primer sector de la partición principal (sector de arranque) en la dirección 0000h:7C00h y le transfiere el control. Al comienzo de este sector hay un gestor de arranque (código de arranque) que lee la tabla de particiones y determina la partición de arranque (activa). Y luego todo se repite. Es decir, carga el sector de arranque de esta partición en la misma dirección y le transfiere el control nuevamente.

Las secciones son contenedores de todo su contenido. Este contenido suele ser un sistema de archivos. Desde el punto de vista del disco, un sistema de archivos se refiere a un sistema para marcar bloques para almacenar archivos. Una vez que se ha creado un sistema de archivos en la partición y los archivos del sistema operativo están ubicados en él, la partición puede ser de arranque. La partición de arranque tiene en su primer bloque un pequeño programa que carga el sistema operativo. Sin embargo, para iniciar un sistema en particular, debe iniciar explícitamente su programa de inicio desde el primer bloque. Cómo sucede esto se discutirá a continuación.

Las particiones con sistemas de archivos no deben superponerse. Esto se debe a que dos sistemas de archivos diferentes tienen cada uno su propia idea de dónde se colocan los archivos, pero cuando esa ubicación cae en el mismo espacio físico del disco, se produce un conflicto entre los sistemas de archivos. Este conflicto no surge de inmediato, sino solo cuando los archivos comienzan a ubicarse en el lugar del disco donde se cruzan las particiones. Por lo tanto, debes tener cuidado al dividir el disco en particiones.

La intersección de tramos en sí no es peligrosa. Colocar varios sistemas de archivos en particiones superpuestas es peligroso. Particionar un disco no significa crear sistemas de archivos. Sin embargo, el solo intento de crear un sistema de archivos vacío (es decir, formatear) en una de las particiones que se cruzan puede provocar errores en el sistema de archivos de la otra partición. Todo lo anterior se aplica por igual a todos los sistemas operativos, y no sólo a los más populares.

El disco se particiona mediante programación. Es decir, puede crear una configuración de partición arbitraria. La información de partición del disco se almacena en el primer bloque del disco duro, llamado Master Boot Record (MBR).

5.MBR

MBR es la principal función de arranque del disco duro admitida por el BIOS. Para mayor claridad, presentemos el contenido del área de inicio en forma de diagrama:

Todo lo que se encuentra en el desplazamiento 01BEh-01FDh se llama tabla de particiones. Puedes ver que tiene cuatro secciones. Sólo una de las cuatro particiones tiene derecho a ser marcada como activa, lo que significa que el programa de arranque debe cargar el primer sector de esa partición en particular en la memoria y transferir el control allí. Los dos últimos bytes del MBR deben contener el número 0xAA55. Según la presencia de esta firma, el BIOS verifica que el primer bloque se haya cargado correctamente. Esta firma no fue elegida por casualidad. Una prueba exitosa de esto establecerá que todas las líneas de datos pueden contener ceros y unos.

El programa de arranque busca en la tabla de particiones, selecciona la activa, carga el primer bloque de esta partición y transfiere el control allí.

Veamos cómo funciona el descriptor de sección:

* 0001h-0003h inicio de tramo
** 0005h-0007h fin de sección

Desde el punto de vista de las particiones de disco, MS-DOS ha sido y sigue siendo el más popular hasta hace poco. Se hace cargo de dos de las cuatro particiones: partición primaria de DOS, partición extendida de DOS. El primero de ellos (primario) es una unidad C: normal de DOS. El segundo es un contenedor de unidades lógicas. Todos ellos se encuentran allí en forma de una cadena de subparticiones, que se denominan: D:, E:, ... Las unidades lógicas también pueden tener sistemas de archivos externos distintos del sistema de archivos DOS. Sin embargo, como regla general, la extrañeza del sistema de archivos se debe a la presencia de otro sistema operativo, que, en términos generales, debe colocarse en su propia partición (no en DOS extendido), pero la tabla de particiones suele ser demasiado pequeña para tal engaños.

Notemos una circunstancia más importante. Cuando DOS se instala en un disco duro vacío, no hay alternativas a la hora de elegir el sistema operativo en el arranque. Por lo tanto, el gestor de arranque parece muy primitivo; no necesita preguntar al usuario qué sistema quiere arrancar. Si se desea tener varios sistemas a la vez, es necesario crear un programa que le permita seleccionar un sistema para iniciar.

6. Conclusión

Espero haber podido brindarle información básica suficientemente clara y detallada sobre el dispositivo de disco duro, MBR y PT. En mi opinión, ese conjunto de conocimientos es suficiente para pequeñas "reparaciones" del almacenamiento de información. En el próximo artículo te contaré sobre los programas llamados Boot Manager y los principios de su funcionamiento.

Muchas gracias por su ayuda a Vladimir Dashevsky.

Saludos a todos los lectores del blog. Mucha gente está interesada en la cuestión de cómo funciona el disco duro de una computadora. Por eso he decidido dedicar el artículo de hoy a esto.

El disco duro de una computadora (HDD o disco duro) es necesario para almacenar información después de apagarla, a diferencia de la RAM (), que almacena información hasta que se corta el suministro de energía (hasta que se apaga la computadora).

Un disco duro puede considerarse legítimamente una verdadera obra de arte, solo de ingeniería. Sí, sí, así es. Todo lo que hay dentro es muy complicado. Por el momento, en todo el mundo, el disco duro es el dispositivo más popular para almacenar información, está a la par de dispositivos como la memoria flash (unidades flash), SSD. Mucha gente ha oído hablar de la complejidad del disco duro y se queda perpleja ante cómo cabe tanta información, y por ello quisiera saber cómo está estructurado el disco duro del ordenador o en qué consiste. Hoy habrá tal oportunidad).

Un disco duro consta de cinco partes principales. Y el primero de ellos es circuito integrado, que sincroniza el disco con la computadora y administra todos los procesos.

La segunda parte es el motor eléctrico.(husillo), hace que el disco gire a una velocidad de aproximadamente 7200 rpm, y el circuito integrado mantiene constante la velocidad de rotación.

Y ahora el tercero, probablemente. La parte más importante es el balancín., que puede escribir y leer información. El extremo del balancín suele estar dividido para permitir el funcionamiento de varios discos a la vez. Sin embargo, la cabeza basculante nunca hace contacto con los discos. Hay un espacio entre la superficie del disco y la cabeza, ¡el tamaño de este espacio es aproximadamente cinco mil veces más pequeño que el grosor de un cabello humano!

Pero aún veamos qué sucede si el espacio desaparece y el cabezal del balancín entra en contacto con la superficie del disco giratorio. Todavía recordamos de la escuela que F=m*a (la segunda ley de Newton, en mi opinión), de donde se deduce que un objeto con una masa pequeña y una aceleración enorme se vuelve increíblemente pesado. Teniendo en cuenta la enorme velocidad de rotación del propio disco, el peso del cabezal basculante se vuelve muy, muy notable. Naturalmente, en este caso el daño al disco es inevitable. Por cierto, esto es lo que le pasó al disco en el que por alguna razón desapareció este hueco:

El papel de la fuerza de fricción también es importante, es decir su ausencia casi total, cuando el rockero comienza a leer información, mientras se mueve hasta 60 veces por segundo. Pero espera, ¿dónde está el motor que mueve el balancín y a esa velocidad? De hecho, no es visible, porque es un sistema electromagnético que funciona mediante la interacción de 2 fuerzas de la naturaleza: la electricidad y el magnetismo. Esta interacción le permite acelerar el balancín a la velocidad de la luz, en el sentido literal.

cuarta parte- el disco duro en sí es donde se escribe y lee la información, por cierto, puede haber varios;

Bueno, la quinta y última parte del diseño del disco duro es, por supuesto, la carcasa en la que se instalan todos los demás componentes. Los materiales utilizados son los siguientes: casi todo el cuerpo es de plástico, pero la cubierta superior siempre es de metal. La carcasa ensamblada a menudo se denomina "zona hermética". Existe la opinión de que dentro de la zona de contención no hay aire, o mejor dicho, que hay vacío allí. Esta opinión se basa en el hecho de que a velocidades de rotación tan altas del disco, incluso una mota de polvo que entre en él puede causar muchas cosas malas. Y esto es casi cierto, excepto que allí no hay vacío, pero sí aire purificado y seco o gas neutro, nitrógeno, por ejemplo. Aunque, quizás en versiones anteriores de discos duros, en lugar de purificar el aire, simplemente se bombeaba.

Estábamos hablando de componentes, es decir. ¿En qué consiste un disco duro?. Ahora hablemos del almacenamiento de datos.

¿Cómo y de qué forma se almacenan los datos en el disco duro de una computadora?

Los datos se almacenan en pistas estrechas en la superficie del disco. Durante la producción, se aplican al disco más de 200 mil de estas pistas. Cada pista está dividida en sectores.

Los mapas de pistas y sectores le permiten determinar dónde escribir o leer información. Nuevamente, toda la información sobre sectores y pistas se encuentra en la memoria del circuito integrado, que, a diferencia de otros componentes del disco duro, no se encuentra dentro de la carcasa, sino en el exterior y generalmente en la parte inferior.

La superficie del disco en sí es lisa y brillante, pero esto es sólo a primera vista. Tras una inspección más cercana, la estructura de la superficie resulta más compleja. El hecho es que el disco está hecho de una aleación de metal recubierta con una capa ferromagnética. Esta capa hace todo el trabajo. La capa ferromagnética recuerda toda la información, ¿cómo? Muy sencillo. El cabezal basculante magnetiza un área microscópica de la película (capa ferromagnética), estableciendo el momento magnético de dicha celda en uno de los estados: o o 1. Cada uno de estos cero y uno se denominan bits. Por tanto, cualquier información registrada en un disco duro, de hecho, representa una secuencia determinada y un número determinado de ceros y unos. Por ejemplo, una fotografía de buena calidad ocupa alrededor de 29 millones de estas celdas y está repartida en 12 sectores diferentes. Sí, suena impresionante, pero en realidad una cantidad tan grande de bits ocupa un área muy pequeña en la superficie del disco. Cada centímetro cuadrado de la superficie de un disco duro contiene varias decenas de miles de millones de bits.

Cómo funciona un disco duro

Acabamos de ver el dispositivo de disco duro, cada uno de sus componentes por separado. Ahora propongo conectar todo a un sistema determinado, gracias al cual quedará claro el principio mismo de funcionamiento del disco duro.

Entonces, El principio según el cual funciona un disco duro. siguiente: cuando se pone en funcionamiento el disco duro, esto significa que se le está escribiendo, o se lee información de él, o desde él, el motor eléctrico (husillo) comienza a ganar impulso, y desde los discos duros están unidos al propio husillo, en consecuencia van con él y también comienzan a girar. Y hasta que las revoluciones del disco(s) hayan alcanzado un nivel tal que se forme un colchón de aire entre el balancín y el disco, el balancín se ubica en una “zona de estacionamiento” especial para evitar daños. Esto es lo que parece.

Tan pronto como las revoluciones alcanzan el nivel deseado, el servoaccionamiento (motor electromagnético) mueve el balancín, que ya está colocado en el lugar donde se debe escribir o leer la información. Esto se ve facilitado precisamente por un circuito integrado que controla todos los movimientos del balancín.

Existe una opinión generalizada, una especie de mito, de que en los momentos en que el disco está "inactivo", es decir, No se realizan operaciones de lectura/escritura temporalmente y los discos duros internos dejan de girar. Esto es realmente un mito, porque de hecho, los discos duros dentro de la carcasa giran constantemente, incluso cuando el disco duro está en modo de ahorro de energía y no se escribe nada en él.

Bueno, hemos analizado en detalle el dispositivo del disco duro de una computadora. Por supuesto, en el marco de un artículo es imposible hablar de todo lo relacionado con los discos duros. Por ejemplo, este artículo no hablaba de eso: este es un tema importante, decidí escribir un artículo separado al respecto.

Encontré un video interesante sobre cómo funciona un disco duro en diferentes modos.

Gracias a todos por su atención, si aún no se han suscrito a las actualizaciones de este sitio, les recomiendo hacerlo para no perderse materiales interesantes y útiles. ¡Nos vemos en las páginas del blog!

Cuando se inicia la computadora, un conjunto de firmware almacenado en el chip BIOS verifica el hardware. Si todo está bien, transfiere el control al cargador de arranque del sistema operativo. Luego se carga el sistema operativo y comienzas a usar la computadora. Al mismo tiempo, ¿dónde estaba almacenado el sistema operativo antes de encender la computadora? ¿Cómo es que tu ensayo, que escribiste toda la noche, permaneció intacto después de apagar la PC? De nuevo, ¿dónde se almacena?

Bien, probablemente fui demasiado lejos y todos ustedes saben muy bien que los datos de la computadora se almacenan en el disco duro. Sin embargo, no todo el mundo sabe qué es y cómo funciona, y ya que estás aquí concluimos que nos gustaría saberlo. Bueno, ¡descubrámoslo!

¿Qué es un disco duro?

Por tradición, veamos la definición de disco duro en Wikipedia:

disco duro (tornillo, disco duro, unidad de disco duro magnético, HDD, HDD, HMDD): un dispositivo de almacenamiento de acceso aleatorio basado en el principio de grabación magnética.

Se utilizan en la gran mayoría de ordenadores y también como dispositivos conectados por separado para almacenar copias de seguridad de datos, como almacenamiento de archivos, etc.

Vamos a resolverlo un poco. Me gusta el término " unidad de disco duro ". Estas cinco palabras transmiten la esencia. HDD es un dispositivo cuyo propósito es almacenar datos grabados en él durante mucho tiempo. La base de los HDD son los discos duros (de aluminio) con un revestimiento especial, en los que se registra la información mediante cabezales especiales.

No consideraré en detalle el proceso de grabación en sí; de hecho, esta es la física de los últimos grados de la escuela, y estoy seguro de que no desea profundizar en esto, y de eso no se trata el artículo en absoluto.

Prestemos atención también a la frase: “ acceso aleatorio “Lo que, en términos generales, significa que nosotros (la computadora) podemos leer información de cualquier sección del ferrocarril en cualquier momento.

Un dato importante es que la memoria del HDD no es volátil, es decir, no importa si hay alimentación o no, la información registrada en el dispositivo no desaparecerá por ningún lado. Ésta es una diferencia importante entre la memoria permanente de una computadora y la memoria temporal ().

Al mirar el disco duro de una computadora en la vida real, no verá ni discos ni cabezales, ya que todo esto está escondido en una caja sellada (zona hermética). Externamente, el disco duro tiene este aspecto:

¿Por qué una computadora necesita un disco duro?

Veamos qué es un disco duro en una computadora, es decir, qué papel juega en una PC. Está claro que almacena datos, pero cómo y qué. Aquí destacamos las siguientes funciones del HDD:

Almacenamiento de SO, software de usuario y su configuración;
Almacenamiento de archivos de usuario: música, vídeos, imágenes, documentos, etc.;
Usar parte del espacio del disco duro para almacenar datos que no caben en la RAM (archivo de intercambio) o almacenar el contenido de la RAM mientras se usa el modo de suspensión;

Como puedes ver, el disco duro del ordenador no es sólo un montón de fotos, música y vídeos. En él se almacena todo el sistema operativo y, además, el disco duro ayuda a hacer frente a la carga de la RAM, asumiendo algunas de sus funciones.

¿En qué consiste un disco duro?

Mencionamos parcialmente los componentes de un disco duro, ahora lo veremos con más detalle. Entonces, los componentes principales del HDD:

Marco — protege los mecanismos del disco duro del polvo y la humedad. Como regla general, está sellado para que no entre humedad y polvo;
Discos (panqueques): placas hechas de una determinada aleación de metal, recubiertas por ambos lados, en las que se registran los datos. La cantidad de placas puede ser diferente, desde una (en opciones de presupuesto) hasta varias;
Motor — en cuyo eje se fijan las tortitas;
bloque de cabeza - un diseño de palancas (balancines) y cabezales interconectados. La parte del disco duro que lee y escribe información en él. Para un panqueque se utiliza un par de cabezas, ya que tanto la parte superior como la inferior funcionan;
Dispositivo de posicionamiento (solenoide ) - un mecanismo que acciona el bloque principal. Consta de un par de imanes permanentes de neodimio y una bobina ubicada al final del bloque del cabezal;
Controlador — un microcircuito electrónico que controla el funcionamiento del disco duro;
Zona de aparcamiento - un lugar dentro del disco duro junto a los discos o en su parte interior, donde se bajan (estacionan) los cabezales durante el tiempo de inactividad, para no dañar la superficie de trabajo de los panqueques.

Este es un dispositivo de disco duro simple. Se formó hace muchos años y durante mucho tiempo no se le han realizado cambios fundamentales. Y seguimos adelante.

¿Cómo funciona un disco duro?

Una vez que se suministra energía al disco duro, el motor, en cuyo eje están unidos los panqueques, comienza a girar. Al alcanzar la velocidad a la que se forma un flujo constante de aire en la superficie de los discos, los cabezales comienzan a moverse.

Esta secuencia (primero los discos giran y luego los cabezales empiezan a funcionar) es necesaria para que, debido al flujo de aire resultante, los cabezales floten sobre las placas. Eso sí, nunca tocan la superficie de los discos, de lo contrario estos últimos se dañarían instantáneamente. Sin embargo, la distancia desde la superficie de las placas magnéticas hasta las cabezas es tan pequeña (~10 nm) que no se puede ver a simple vista.

Después del inicio, en primer lugar, se lee la información de servicio sobre el estado del disco duro y otra información necesaria al respecto, ubicada en la llamada pista cero. Sólo entonces comienza el trabajo con los datos.

La información del disco duro de una computadora se registra en pistas que, a su vez, se dividen en sectores (como una pizza cortada en pedazos). Para escribir archivos, se combinan varios sectores en un grupo, que es el lugar más pequeño donde se puede escribir un archivo.

Además de esta partición de disco "horizontal", también existe una partición "vertical" convencional. Como todos los cabezales están combinados, siempre se colocan encima del mismo número de pista, cada uno encima de su propio disco. Así, durante el funcionamiento del HDD, los cabezales parecen dibujar un cilindro:

Mientras el disco duro está en funcionamiento, básicamente realiza dos comandos: lectura y escritura. Cuando es necesario ejecutar un comando de escritura, se calcula el área del disco donde se realizará, luego se posicionan los cabezales y, efectivamente, se ejecuta el comando. Luego se comprueba el resultado. Además de escribir datos directamente en el disco, la información también termina en su caché.

Si el controlador recibe un comando de lectura, primero verifica si la información requerida está en el caché. Si no está allí, se vuelven a calcular las coordenadas para posicionar los cabezales, luego se posicionan los cabezales y se leen los datos.

Una vez finalizado el trabajo, cuando se corta la alimentación del disco duro, los cabezales se estacionan automáticamente en la zona de estacionamiento.

Básicamente, así es como funciona el disco duro de una computadora. En realidad, todo es mucho más complicado, pero lo más probable es que el usuario medio no necesite esos detalles, así que terminemos esta sección y sigamos adelante.

Tipos de discos duros y sus fabricantes

Hoy en día, existen tres principales fabricantes de discos duros en el mercado: Western Digital (WD), Toshiba y Seagate. Cubren totalmente la demanda de dispositivos de todo tipo y requisitos. Las empresas restantes quebraron, fueron absorbidas por una de las tres principales o fueron reutilizadas.

Si hablamos de los tipos de HDD, se pueden dividir de la siguiente manera:

Para las computadoras portátiles, el parámetro principal es el tamaño del dispositivo de 2,5 pulgadas. Esto permite colocarlos de forma compacta en el estuche del portátil;
Para una PC, en este caso también es posible utilizar discos duros de 2,5", pero normalmente se utilizan discos duros de 3,5";
Los discos duros externos son dispositivos que se conectan por separado a una PC/portátil y, en la mayoría de los casos, sirven como almacenamiento de archivos.

También existe un tipo especial de disco duro: para servidores. Son idénticos a los de PC normales, pero pueden diferir en las interfaces de conexión y en el mayor rendimiento.

Todas las demás divisiones de HDD en tipos provienen de sus características, así que considerémoslas.

Especificaciones del disco duro

Entonces, las principales características del disco duro de una computadora:

Volumen — un indicador de la cantidad máxima posible de datos que se pueden almacenar en el disco. Lo primero que suelen mirar a la hora de elegir un disco duro. Esta cifra puede llegar a los 10 TB, aunque para una PC doméstica suelen elegir entre 500 GB y 1 TB;
Factor de forma — tamaño del disco duro. Los más comunes son de 3,5 y 2,5 pulgadas. Como se mencionó anteriormente, en la mayoría de los casos se instalan 2,5 ″ en las computadoras portátiles. También se utilizan en discos duros externos. 3,5″ se instala en PC y servidores. El factor de forma también afecta el volumen, ya que en un disco más grande caben más datos;
Velocidad del husillo — ¿A qué velocidad giran los panqueques? Los más habituales son 4200, 5400, 7200 y 10000 rpm. Esta característica afecta directamente al rendimiento, así como al precio del dispositivo. Cuanto mayor sea la velocidad, mayores serán ambos valores;
Interfaz — método (tipo de conector) para conectar el HDD a la computadora. La interfaz más popular para discos duros internos en la actualidad es SATA (las computadoras más antiguas usaban IDE). Los discos duros externos suelen conectarse mediante USB o FireWire. Además de las enumeradas, también existen interfaces como SCSI, SAS;
Volumen de búfer (memoria caché): un tipo de memoria rápida (como la RAM) instalada en el controlador del disco duro, diseñada para el almacenamiento temporal de los datos a los que se accede con mayor frecuencia. El tamaño del búfer puede ser 16, 32 o 64 MB;
tiempo de acceso aleatorio — el tiempo durante el cual se garantiza que el HDD escribirá o leerá desde cualquier parte del disco. Varía de 3 a 15 ms;

Además de las características anteriores, también puede encontrar indicadores como:

¿Cómo se ve por dentro un disco duro (HDD) moderno? ¿Cómo desmontarlo? ¿Cómo se llaman las partes y qué funciones realizan en el mecanismo de almacenamiento de información general? Las respuestas a estas y otras preguntas se pueden encontrar aquí a continuación. Además, mostraremos la relación entre la terminología rusa e inglesa que describe los componentes de los discos duros.

Para mayor claridad, veamos una unidad SATA de 3,5 pulgadas. Este será un terabyte Seagate ST31000333AS completamente nuevo. Examinemos nuestro conejillo de indias.

La placa verde asegurada con tornillos con un patrón de traza visible, los conectores de alimentación y SATA se denomina placa electrónica o placa de control (placa de circuito impreso, PCB). Realiza las funciones de control electrónico del disco duro. Su trabajo se puede comparar con poner datos digitales en huellas dactilares magnéticas y reconocerlos cuando se solicite. Por ejemplo, como un escriba diligente con textos en papel. La caja de aluminio negro y su contenido se denominan Conjunto de cabezal y disco (HDA). Entre los especialistas se acostumbra llamarlo “lata”. El estuche en sí sin contenido también se llama bloque hermético (base).

Ahora retiremos la placa de circuito impreso (necesitará un destornillador de estrella T-6) y examinemos los componentes colocados en ella.

Lo primero que llama la atención es el chip grande ubicado en el medio: el System on Chip (SOC). Hay dos componentes principales en él:

El procesador central que realiza todos los cálculos (Unidad Central de Procesador, CPU). El procesador tiene puertos de entrada/salida (puertos IO) para controlar otros componentes ubicados en la placa de circuito impreso y transmitir datos a través de la interfaz SATA.
Canal de lectura/escritura: dispositivo que convierte la señal analógica procedente de los cabezales en datos digitales durante una operación de lectura y codifica datos digitales en una señal analógica durante la escritura. También monitorea el posicionamiento de los cabezales. Es decir, crea imágenes magnéticas al escribir y las reconoce al leer.

El chip de memoria es una memoria DDR SDRAM normal. La cantidad de memoria determina el tamaño de la caché del disco duro. Esta placa de circuito impreso tiene instalados 32 MB de memoria Samsung DDR, lo que en teoría le da al disco un caché de 32 MB (y esta es exactamente la cantidad que figura en las especificaciones técnicas del disco duro), pero esto no es del todo cierto. El hecho es que la memoria se divide lógicamente en memoria intermedia (caché) y memoria de firmware. El procesador requiere una cierta cantidad de memoria para cargar módulos de firmware. Hasta donde sabemos, sólo el fabricante de HGST indica el tamaño real de la caché en la descripción de las especificaciones técnicas; En cuanto a otros discos, sólo podemos adivinar el tamaño real de la caché. En la especificación ATA, los redactores no ampliaron el límite establecido en versiones anteriores, igual a 16 megabytes. Por tanto, los programas no pueden mostrar un volumen superior al máximo.

El siguiente chip es un motor de husillo y un controlador de control de bobina móvil que mueve la unidad principal (controlador de motor de bobina móvil y motor de husillo, controlador VCM y SM). En la jerga de los especialistas, esto es un “giro”. Además, este chip controla las fuentes de alimentación secundarias ubicadas en la placa, que alimentan el procesador y el chip del interruptor de preamplificador (preamplificador, preamplificador), ubicado en el HDA. Este es el principal consumidor de energía en la placa de circuito impreso. Controla la rotación del husillo y el movimiento de los cabezales. Además, cuando se corta la energía, el motor parado cambia al modo de generación y suministra la energía resultante a la bobina móvil para un estacionamiento suave de los cabezales magnéticos. El núcleo del controlador VCM puede funcionar incluso a temperaturas de 100°C.

Parte del programa de control del disco (firmware) se almacena en la memoria flash (indicada en la figura: Flash). Cuando se aplica energía al disco, el microcontrolador primero carga una pequeña ROM de arranque dentro de sí mismo y luego reescribe el contenido del chip flash en la memoria y comienza a ejecutar código desde la RAM. Sin el código cargado correctamente, el disco ni siquiera querrá arrancar el motor. Si no hay un chip flash en la placa, significa que está integrado en el microcontrolador. En los discos modernos (de aproximadamente 2004 y posteriores, pero la excepción son los discos duros Samsung y aquellos con pegatinas de Seagate), la memoria flash contiene tablas con códigos de configuración de cabezales y mecánica que son exclusivos de un HDA determinado y no se ajustan a otro. Por lo tanto, la operación de "cambio de controlador" siempre finaliza cuando el disco "no se detecta en el BIOS" o se determina por el nombre interno de fábrica, pero aún así no proporciona acceso a los datos. Para la unidad Seagate 7200.11 en cuestión, la pérdida del contenido original de la memoria flash conduce a una pérdida total de acceso a la información, ya que no será posible seleccionar ni adivinar la configuración (en cualquier caso, esta técnica no es conocido por el autor).

En el canal de YouTube de R.Lab hay varios ejemplos de cómo reorganizar una placa volviendo a soldar un microcircuito de una placa defectuosa a una que funciona:
Cambio PCB PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ Cambio PCB

El sensor de impacto reacciona ante sacudidas peligrosas para el disco y envía una señal al controlador VCM. El VCM estaciona inmediatamente los cabezales y puede detener el giro del disco. En teoría, este mecanismo debería proteger el disco de daños mayores, pero en la práctica no funciona, así que no dejes caer los discos. Incluso si se cae, el motor del husillo puede atascarse, pero hablaremos de eso más adelante. En algunos discos, el sensor de vibración es muy sensible y responde a las más mínimas vibraciones mecánicas. Los datos recibidos del sensor permiten que el controlador VCM corrija el movimiento de los cabezales. Además del principal, estos discos tienen instalados dos sensores de vibración adicionales. En nuestra placa, los sensores adicionales no están soldados, pero hay lugares para ellos, como se indica en la figura como "Sensor de vibración".

La placa tiene otro dispositivo de protección: una supresión de voltaje transitorio (TVS). Protege la placa de sobretensiones. Cuando hay una subida de tensión, el televisor se quema, creando un cortocircuito a tierra. Esta placa tiene dos TVS, de 5 y 12 voltios.

La electrónica de las unidades más antiguas estaba menos integrada y cada función estaba dividida en uno o más chips.

Ahora veamos el HDA.

Debajo del tablero se encuentran los contactos para el motor y los cabezales. Además, en el cuerpo del disco hay un pequeño orificio casi invisible (orificio para respirar). Sirve para igualar la presión. Mucha gente cree que hay un vacío dentro del disco duro. En realidad esto no es cierto. Se necesita aire para que las cabezas despeguen aerodinámicamente sobre la superficie. Este orificio permite que el disco iguale la presión dentro y fuera del área de contención. En el interior, este orificio está cubierto con un filtro de aire que atrapa el polvo y las partículas de humedad.

Ahora echemos un vistazo al interior de la zona de contención. Retire la cubierta del disco.

La tapa en sí no es nada interesante. Es sólo una placa de acero con una junta de goma para evitar la entrada de polvo. Finalmente, veamos el llenado de la zona de contención.

La información se almacena en discos, también llamados "platos", superficies o placas magnéticas. Los datos se registran en ambos lados. Pero a veces el cabezal no está instalado en un lado, o el cabezal está físicamente presente, pero deshabilitado en fábrica. En la foto se puede ver la placa superior correspondiente a la cabeza con el número más alto. Las placas están hechas de aluminio pulido o vidrio y están recubiertas con varias capas de diferentes composiciones, incluida una sustancia ferromagnética en la que se almacenan los datos. Entre las placas, así como encima de las mismas, vemos inserciones especiales llamadas divisores o separadores. Son necesarios para igualar los flujos de aire y reducir el ruido acústico. Generalmente están hechos de aluminio o plástico. Los separadores de aluminio logran enfriar mejor el aire dentro de la zona de contención. A continuación se muestra un ejemplo de un modelo para el paso del flujo de aire dentro de una unidad hermética.

Vista lateral de las placas y separadores.

Los cabezales de lectura y escritura (heads) se instalan en los extremos de los soportes de la unidad del cabezal magnético, o HSA (Head Stack Assembly). La zona de estacionamiento es el área donde deben estar las cabezas de un disco sano si el husillo está parado. Para este disco, la zona de aparcamiento se sitúa más cerca del husillo, como se puede ver en la foto.

En algunas unidades, el estacionamiento se realiza en áreas especiales de estacionamiento de plástico ubicadas fuera de las placas.

Plataforma de estacionamiento para unidad Western Digital de 3,5"

En el caso de aparcar los cabezales dentro de las placas, se necesita una herramienta especial para retirar el bloque de cabezales magnéticos, sin ella, es muy difícil retirar el BMG sin dañarlo; Para estacionamiento externo, puede insertar tubos de plástico de tamaño adecuado entre los cabezales y quitar el bloque. Aunque también existen tiradores para este caso, pero son de un diseño más sencillo.

El disco duro es un mecanismo de posicionamiento de precisión y requiere aire muy limpio para funcionar correctamente. Durante el uso, se pueden formar partículas microscópicas de metal y grasa dentro del disco duro. Para limpiar inmediatamente el aire dentro del disco, existe un filtro de recirculación. Se trata de un dispositivo de alta tecnología que recoge y atrapa constantemente partículas diminutas. El filtro está ubicado en el camino de los flujos de aire creados por la rotación de las placas.

Ahora quitemos el imán superior y veamos qué se esconde debajo.

Los discos duros utilizan imanes de neodimio muy potentes. Estos imanes son tan poderosos que pueden levantar hasta 1300 veces su propio peso. Por lo tanto, no coloque el dedo entre el imán y el metal u otro imán; el golpe será muy sensible. Esta foto muestra los limitadores BMG. Su tarea es limitar el movimiento de los cabezales, dejándolos en la superficie de las placas. Los limitadores BMG de diferentes modelos tienen un diseño diferente, pero siempre hay dos y se utilizan en todos los discos duros modernos. En nuestro disco, el segundo limitador está ubicado en el imán inferior.

Esto es lo que puedes ver allí.

La pieza de plástico negro con una forma compleja se llama pestillo del actuador. Viene en dos tipos: magnético y de aire. El imán funciona como un simple pestillo magnético. La liberación se realiza aplicando un impulso eléctrico. El pestillo de aire libera el BMG después de que el motor del husillo alcanza la velocidad suficiente para que la presión del aire mueva el pestillo fuera del recorrido de la bobina móvil. El retenedor evita que los cabezales salgan volando hacia el área de trabajo. Si por alguna razón el pestillo no cumple su función (el disco se cayó o se golpeó mientras estaba encendido), los cabezales se pegarán a la superficie. En el caso de discos de 3,5", la activación posterior simplemente arrancará los cabezales debido a la mayor potencia del motor. Pero el de 2,5" tiene menos potencia de motor y las posibilidades de recuperar datos liberando las cabezas originales del cautiverio son bastante altas.

Ahora retiremos el bloque del cabezal magnético.

La precisión y el movimiento suave del BMG están respaldados por un rodamiento de precisión. La parte más grande del BMG, hecha de aleación de aluminio, generalmente se llama soporte o balancín (brazo). Al final del balancín hay cabezas sobre una suspensión de resorte (Heads Gimbal Assembly, HGA). Por lo general, los cabezales y los balancines los suministran diferentes fabricantes. Un cable flexible (Circuito Impreso Flexible, FPC) va al pad que se conecta al tablero de control.

Echemos un vistazo más de cerca a los componentes del BMG.

Una bobina conectada a un cable.

Cojinete.

La siguiente foto muestra los contactos de BMG.

La junta garantiza la estanqueidad de la conexión. Por lo tanto, el aire sólo puede entrar en la unidad con discos y cabezales a través del orificio de compensación de presión. Este disco tiene contactos recubiertos con una fina capa de oro para evitar la oxidación. Pero en el lado de la placa electrónica, a menudo se produce oxidación, lo que provoca un mal funcionamiento del disco duro. Puedes eliminar la oxidación de los contactos con una goma de borrar.

Este es un diseño rockero clásico.

Las pequeñas partes negras en los extremos de los ganchos de resorte se llaman controles deslizantes. Muchas fuentes indican que los controles deslizantes y los cabezales son lo mismo. De hecho, el control deslizante ayuda a leer y escribir información levantando la cabeza por encima de la superficie de los discos magnéticos. En los discos duros modernos, los cabezales se mueven a una distancia de 5 a 10 nanómetros de la superficie. A modo de comparación, un cabello humano tiene un diámetro de unos 25.000 nanómetros. Si alguna partícula se mete debajo del control deslizante, esto puede provocar un sobrecalentamiento de los cabezales debido a la fricción y su falla, por lo que es tan importante la limpieza del aire dentro del área de contención. El polvo también puede provocar rayones. A partir de ellos se forman nuevos granos de polvo, pero ahora magnéticos, que se adhieren al disco magnético y provocan nuevos arañazos. Esto provoca que el disco se raye rápidamente o, en la jerga, “aserrado”. En este estado, ya no funcionan ni la fina capa magnética ni los cabezales magnéticos y el disco duro golpea (clic mortal).

Los elementos principales de lectura y escritura se encuentran al final del control deslizante. Son tan pequeños que sólo pueden verse con un buen microscopio. A continuación se muestra un ejemplo de una fotografía (a la derecha) a través de un microscopio y una ilustración esquemática (a la izquierda) de la posición relativa de los elementos de escritura y lectura de la cabeza.

Echemos un vistazo más de cerca a la superficie del control deslizante.

Como puede ver, la superficie del control deslizante no es plana, tiene ranuras aerodinámicas. Ayudan a estabilizar la altitud de vuelo del control deslizante. El aire debajo del control deslizante forma un colchón de aire (Air Bearing Surface, ABS). El colchón de aire mantiene el vuelo del control deslizante casi paralelo a la superficie del panqueque.

Aquí hay otra imagen del control deslizante.

Los contactos de la cabeza son claramente visibles aquí.

Esta es otra parte importante del BMG que aún no se ha discutido. Se llama preamplificador (preamplificador). Un preamplificador es un chip que controla los cabezales y amplifica la señal que llega o sale de ellos.

El preamplificador se coloca directamente en el BMG por una razón muy sencilla: la señal procedente de los cabezales es muy débil. En los discos modernos tiene una frecuencia de más de 1 GHz. Si mueve el preamplificador fuera de la zona hermética, una señal tan débil se atenuará considerablemente en el camino hacia el tablero de control. Es imposible instalar el amplificador directamente en el cabezal, ya que se calienta significativamente durante el funcionamiento, lo que imposibilita el funcionamiento de un amplificador semiconductor. Aún no se han inventado amplificadores de válvulas de tamaños tan pequeños;

Hay más pistas que van desde el preamplificador a los cabezales (a la derecha) que al área de contención (a la izquierda). El caso es que un disco duro no puede funcionar simultáneamente con más de un cabezal (un par de elementos de escritura y lectura). El disco duro envía señales al preamplificador y este selecciona el cabezal al que accede actualmente el disco duro.

Ya basta de cabezales, desmontemos más el disco. Retire el separador superior.

Así es como se ve.

En la siguiente foto se ve el área de contención sin el separador superior y el bloque principal.

El imán inferior se hizo visible.

Ahora el anillo de sujeción (abrazadera de platos).

Este anillo mantiene unido el bloque de placas, evitando que se muevan entre sí.

Los panqueques se ensartan en un eje.

Ahora que no hay nada que sujete los panqueques, retira la parte superior del panqueque. Eso es lo que hay debajo.

Ahora está claro cómo se crea el espacio para las cabezas: entre los panqueques hay anillos espaciadores. La foto muestra el segundo panqueque y el segundo separador.

El anillo espaciador es una pieza de alta precisión hecha de una aleación o polímeros no magnéticos. Quitémoslo.

Saquemos todo lo demás del disco para inspeccionar la parte inferior del bloque hermético.

Así es como se ve el orificio de compensación de presión. Está ubicado directamente debajo del filtro de aire. Echemos un vistazo más de cerca al filtro.

Dado que el aire procedente del exterior contiene necesariamente polvo, el filtro tiene varias capas. Es mucho más grueso que el filtro de circulación. En ocasiones contiene partículas de gel de sílice para combatir la humedad del aire. Sin embargo, si el disco duro se coloca en agua, ¡entrará a través del filtro! Y esto no significa en absoluto que el agua que entre en su interior esté limpia. Las sales cristalizan en superficies magnéticas y se proporciona papel de lija en lugar de placas.

Un poco más sobre el motor del husillo. Su diseño se muestra esquemáticamente en la figura.

Un imán permanente está fijado dentro del cubo del husillo. Los devanados del estator, al cambiar el campo magnético, hacen que el rotor gire.

Los motores son de dos tipos, con rodamientos de bolas y con rodamientos hidrodinámicos (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Los bolígrafos dejaron de utilizarse hace más de 10 años. Esto se debe al hecho de que su ritmo es alto. En un rodamiento hidrodinámico, el descentramiento es mucho menor y funciona mucho más silencioso. Pero también hay un par de desventajas. En primer lugar, puede atascarse. Este fenómeno no ocurrió con los de pelota. Si los rodamientos de bolas fallaban, empezaban a hacer un ruido fuerte, pero la información, aunque lentamente, era legible. Ahora, en el caso de una cuña de rodamiento, debe utilizar una herramienta especial para quitar todos los discos e instalarlos en un motor de husillo que funcione. La operación es muy compleja y rara vez conduce a una recuperación de datos exitosa. Una cuña puede surgir de un cambio brusco de posición debido al gran valor de la fuerza de Coriolis que actúa sobre el eje y provoca su flexión. Por ejemplo, hay unidades externas de 3,5” en una caja. La caja estaba vertical, la tocó y cayó horizontalmente. ¿Parecería que no voló muy lejos? Pero no, el motor está atascado y no se puede obtener información.

En segundo lugar, el lubricante puede salirse de un rodamiento hidrodinámico (es líquido, hay bastante, a diferencia del lubricante en gel que se utiliza en los rodamientos de bolas) y llegar a las placas magnéticas. Para evitar que el lubricante entre en contacto con superficies magnéticas, utilice lubricante con partículas que tengan propiedades magnéticas y capturen sus trampas magnéticas. También utilizan un anillo de absorción alrededor del sitio de una posible fuga. El sobrecalentamiento del disco contribuye a la aparición de fugas, por lo que es importante controlar la temperatura de funcionamiento.

Leonid Vorzhev aclaró la conexión entre la terminología rusa e inglesa.

Actualización 2018, Sergey Yatsenko

Se permite la reproducción o cita siempre que se mantenga la referencia al original.

Dispositivo de disco duro

Artyom Rubtsov,R.LAB Leonid Vorzhev aclaró la conexión entre la terminología rusa e inglesa.

El propósito de este artículo es describir la estructura de un disco duro moderno, hablar sobre sus componentes principales, mostrar cómo se ven y cómo se llaman. Además, mostraremos la relación entre la terminología rusa e inglesa que describe los componentes de los discos duros.

Para mayor claridad, veamos una unidad SATA de 3,5 pulgadas. Este será un terabyte Seagate ST31000333AS completamente nuevo. Examinemos nuestro conejillo de indias.

La PCB verde con trazas de cobre, conectores de alimentación y SATA se denomina placa electrónica o placa de control (Printed Circuit Board, PCB). Se utiliza para controlar el funcionamiento del disco duro. La caja de aluminio negro y su contenido se denominan HDA (Head and Disk Assembly, HDA); El estuche en sí sin contenido también se llama bloque hermético (base).

Ahora retiremos la placa de circuito impreso y examinemos los componentes colocados en ella.

Lo primero que llama la atención es el chip grande ubicado en el medio: el microcontrolador o procesador (Micro Controller Unit, MCU). En los discos duros modernos, el microcontrolador consta de dos partes: la unidad de procesamiento central (CPU), que realiza todos los cálculos, y el canal de lectura/escritura, un dispositivo especial que convierte la señal analógica proveniente de los cabezales en datos digitales durante una lectura. operación y codifica datos digitales en una señal analógica durante la escritura. El procesador tiene puertos de entrada/salida (puertos IO) para controlar otros componentes ubicados en la placa de circuito impreso y transmitir datos a través de la interfaz SATA.

El chip de memoria es una memoria DDR SDRAM normal. La cantidad de memoria determina el tamaño de la caché del disco duro. Esta placa de circuito impreso tiene instalados 32 MB de memoria Samsung DDR, lo que en teoría le da al disco un caché de 32 MB (y esta es exactamente la cantidad que figura en las especificaciones técnicas del disco duro), pero esto no es del todo cierto. El hecho es que la memoria se divide lógicamente en memoria intermedia (caché) y memoria de firmware. El procesador requiere una cierta cantidad de memoria para cargar módulos de firmware. Hasta donde sabemos, sólo Hitachi/IBM indican el tamaño real de la caché en las especificaciones técnicas; En cuanto a otros discos, sólo se puede adivinar el tamaño de la caché.

El siguiente chip es el controlador de control del motor y la unidad principal, o "giro" (controlador del motor de bobina móvil, controlador VCM). Además, este chip controla las fuentes de alimentación secundarias ubicadas en la placa, que alimentan el procesador y el chip del interruptor de preamplificador (preamplificador, preamplificador), ubicado en el HDA. Este es el principal consumidor de energía en la placa de circuito impreso. Controla la rotación del husillo y el movimiento de los cabezales. El núcleo del controlador VCM puede funcionar incluso a temperaturas de 100° C.

Parte del firmware del disco se almacena en la memoria flash. Cuando se aplica energía al disco, el microcontrolador carga el contenido del chip flash en la memoria y comienza a ejecutar el código. Sin el código cargado correctamente, el disco ni siquiera querrá girar. Si no hay un chip flash en la placa, significa que está integrado en el microcontrolador.

El sensor de vibración (sensor de impacto) reacciona ante sacudidas peligrosas para el disco y envía una señal al controlador VCM. El VCM estaciona inmediatamente los cabezales y puede detener el giro del disco. En teoría, este mecanismo debería proteger el disco de daños mayores, pero en la práctica no funciona, así que no dejes caer los discos. En algunas unidades, el sensor de vibración es muy sensible y responde a la más mínima vibración. Los datos recibidos del sensor permiten que el controlador VCM corrija el movimiento de los cabezales. En dichos discos se instalan al menos dos sensores de vibración.

Ahora veamos el HDA.

Debajo del tablero se encuentran los contactos para el motor y los cabezales. Además, en el cuerpo del disco hay un pequeño orificio casi invisible (orificio para respirar). Sirve para igualar la presión. Mucha gente cree que hay un vacío dentro del disco duro. En realidad esto no es cierto. Este orificio permite que el disco iguale la presión dentro y fuera del área de contención. En el interior, este orificio está cubierto con un filtro de aire que atrapa el polvo y las partículas de humedad.

Ahora echemos un vistazo al interior de la zona de contención. Retire la cubierta del disco.

La tapa en sí no es nada interesante. Es sólo una pieza de metal con una junta de goma para evitar la entrada de polvo. Finalmente, veamos el llenado de la zona de contención.

La información valiosa se almacena en discos de metal, también llamados platos. En la foto puedes ver el panqueque superior. Las placas están hechas de aluminio pulido o vidrio y están recubiertas con varias capas de diferentes composiciones, incluida una sustancia ferromagnética en la que se almacenan los datos. Entre los panqueques, así como encima de ellos, vemos placas especiales llamadas divisores o separadores. Son necesarios para igualar los flujos de aire y reducir el ruido acústico. Generalmente están hechos de aluminio o plástico. Los separadores de aluminio logran enfriar mejor el aire dentro de la zona de contención.

Vista lateral de panqueques y separadores.

En algunas unidades, el estacionamiento se realiza en áreas especiales de estacionamiento de plástico ubicadas fuera de las placas.

Ahora quitemos el imán superior y veamos qué se esconde debajo.

Esto es lo que puedes ver allí.

También vemos aquí una bobina móvil, que forma parte de la unidad principal magnética. La bobina y los imanes forman el motor VCM (Motor de bobina móvil, VCM). El accionamiento y el bloque de cabezales magnéticos forman un posicionador (actuador), un dispositivo que mueve los cabezales. La pieza de plástico negro con una forma compleja se llama pestillo del actuador. Este es un mecanismo de protección que libera el BMG después de que el motor del husillo alcanza un cierto número de revoluciones. Esto sucede debido a la presión del flujo de aire. El bloqueo protege los cabezales de movimientos no deseados en la posición de aparcamiento.

Ahora retiremos el bloque del cabezal magnético.

Echemos un vistazo más de cerca a los componentes del BMG.

Una bobina conectada a un cable.

Cojinete.

La siguiente foto muestra los contactos de BMG.

Este es un diseño rockero clásico.

Las pequeñas partes negras en los extremos de los ganchos de resorte se llaman controles deslizantes. Muchas fuentes indican que los controles deslizantes y los cabezales son lo mismo. De hecho, el control deslizante ayuda a leer y escribir información levantando la cabeza por encima de la superficie de los panqueques. En los discos duros modernos, los cabezales se mueven a una distancia de 5 a 10 nanómetros de la superficie de los panqueques. A modo de comparación, un cabello humano tiene un diámetro de unos 25.000 nanómetros. Si alguna partícula se mete debajo del control deslizante, esto puede provocar un sobrecalentamiento de los cabezales debido a la fricción y su falla, por lo que es tan importante la limpieza del aire dentro del área de contención. Los elementos de lectura y escritura se encuentran al final del control deslizante. Son tan pequeños que sólo pueden verse con un buen microscopio.

Aquí hay otra imagen del control deslizante.

Los contactos de la cabeza son claramente visibles aquí.

El preamplificador se coloca directamente en el BMG por una razón muy sencilla: la señal procedente de los cabezales es muy débil. En los discos modernos tiene una frecuencia de aproximadamente 1 GHz. Si mueve el preamplificador fuera de la zona hermética, una señal tan débil se atenuará considerablemente en el camino hacia el tablero de control.

Hay más pistas que van desde el preamplificador a los cabezales (a la derecha) que al área de contención (a la izquierda). El hecho es que un disco duro no puede funcionar simultáneamente con más de un cabezal (un par de elementos de escritura y lectura). El disco duro envía señales al preamplificador y este selecciona el cabezal al que accede actualmente el disco duro. Este disco duro tiene seis pistas que conducen a cada cabezal. ¿Por qué tantos? Una pista está rectificada, dos más son para elementos de lectura y escritura. Las dos pistas siguientes sirven para controlar minivariadores, dispositivos piezoeléctricos o magnéticos especiales que pueden mover o girar el control deslizante. Esto ayuda a establecer con mayor precisión la posición de los cabezales sobre la pista. El último camino conduce al calentador. El calentador se utiliza para regular la altitud de vuelo de las cabezas. El calentador transfiere calor a la suspensión que conecta el control deslizante y el balancín. La suspensión está hecha de dos aleaciones con diferentes características de expansión térmica. Cuando se calienta, la suspensión se dobla hacia la superficie del panqueque, reduciendo así la altura de vuelo de la cabeza. Cuando se enfría, el cardán se endereza.

Ya basta de cabezales, desmontemos más el disco. Retire el separador superior.

Así es como se ve.

En la siguiente foto se ve el área de contención sin el separador superior y el bloque principal.

El imán inferior se hizo visible.

Ahora el anillo de sujeción (abrazadera de platos).

Este anillo mantiene unido el bloque de placas, evitando que se muevan entre sí.

Los panqueques se ensartan en un eje.

Ahora que no hay nada que sujete los panqueques, retira la parte superior del panqueque. Eso es lo que hay debajo.

Ahora está claro cómo se crea el espacio para las cabezas: entre los panqueques hay anillos espaciadores. La foto muestra el segundo panqueque y el segundo separador.

El anillo espaciador es una pieza de alta precisión hecha de aleación o polímeros no magnéticos. Quitémoslo.

Saquemos todo lo demás del disco para inspeccionar la parte inferior del bloque hermético.

Así es como se ve el orificio de compensación de presión. Está ubicado directamente debajo del filtro de aire. Echemos un vistazo más de cerca al filtro.

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