HDD, жорсткі дыск, вінчэстар - усё гэта назвы аднаго добра вядомага прылады захоўвання дадзеных. У гэтым матэрыяле мы раскажам вам аб тэхнічнай аснове такіх назапашвальнікаў, пра тое, якім чынам на іх можа захоўвацца інфармацыя, і аб астатніх тэхнічных нюансах і прынцыпах функцыянавання.
Прылада жорсткага дыска
Зыходзячы з поўнага назвы дадзенага запамінальнай прылады - назапашвальнік на жорсткіх магнітных дысках (НЖМД) - можна без асаблівых высілкаў зразумець, што ляжыць у аснове яго працы. Дзякуючы сваёй таннасці і даўгавечнасці гэтыя носьбіты інфармацыі усталёўваюць у розныя кампутары: ПК, ноўтбукі, серверы, планшэты і г.д. Адметнай рысай HDD з'яўляецца магчымасць захоўваць велізарныя аб'ёмы дадзеных, валодаючы пры гэтым зусім невялікімі габарытамі. Ніжэй мы распавядзем аб яго ўнутраным прыладзе, прынцыпах працы і іншых асаблівасцях. Прыступім!
Гермоблок і плата электронікі
Зелёная шклотканіна і дарожкі з медзі на ёй, разам з раздымамі для падлучэння блока харчавання і гняздом SATА называюцца платай кіравання (Printed Circuit Board, PCB). Дадзеная інтэгральная схема служыць для сінхранізацыі працы дыска з ПК і кіраўніцтвам ўсіх працэсаў ўнутры HDD. Корпус з алюмінія чорнага колеру і тое, што ў ім нешта такое называецца герметычным блокам (Head and Disk Assembly, HDA).
У цэнтры інтэгральнай схемы размешчаны чып вялікага памеру - гэта мікракантролер (Micro Controller Unit, MCU). У сённяшніх HDD мікрапрацэсар змяшчае ў сабе два кампаненты: цэнтральны вылічальны блок (Central Processor Unit, CPU), які займаецца ўсімі разлікамі, і канал чытання і запісы - адмысловую прыладу, якое перакладае аналагавы сігнал з галоўкі ў дыскрэтны, калі яна занятая чытаннем і наадварот - лічбавы ў аналагавы падчас запісу. мікрапрацэсар валодае партамі ўводу / вываду, Пры дапамозе якіх ён кіруе астатнімі элементамі, размешчанымі на плаце, і здзяйсняе абмен інфармацыяй праз SATA-падлучэнне.
Іншы чып, размешчаны на схеме, з'яўляецца DDR SDRAM памяццю (memory chip). Яе колькасць прадвызначае аб'ём кэша вінчэстара. Дадзены чып падзелены на памяць прашыўкі, часткова якая змяшчаецца ў флэш-назапашвальніку, і буферную, неабходную працэсару для таго, каб загружаць модулі прашыўкі.
Трэці чып называецца кантролерам кіравання рухавіком і галоўкамі (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Ён кіруе дадатковымі крыніцамі электрасілкавання, якія размешчаны на плаце. Ад іх атрымліваюць харчаванне мікрапрацэсар і предусилитель-камутатар (Preamplifier), які змяшчаецца ў герметычным блоку. Гэты кантролер патрабуе больш энергіі, чым астатнія кампаненты на плаце, так як адказвае за кручэнне шпіндзеля і рух галовак. Ядро предусилителя-камутатара здольна працаваць, быўшы нагрэтым да 100 ° C! Калі на НЖМД падаецца харчаванне, мікракантролер выгружае змесціва флэш-мікрасхемы ў памяць і пачынае выкананне закладзеных у яе інструкцый. Калі коду не атрымаецца належным чынам загрузіцца, то HDD не зможа нават пачаць раскрутку. Таксама флэш-памяць можа быць убудавана ў мікракантролер, а не ўтрымлівацца на плаце.
Размешчаны на схеме датчык вібрацыі (Shock sensor) вызначае ўзровень трасяніны. Калі ён палічыць яе інтэнсіўнасць небяспечнай, то будзе пасланы сігнал кантролеру кіравання рухавіком і галоўкамі, пасля чаго ён неадкладна паркуе галоўкі або зусім спыняе кручэнне HDD. У тэорыі, дадзены механізм закліканы забяспечваць абарону HDD ад розных механічных пашкоджанняў, праўда, на практыцы ў яго гэта не моцна выходзіць. Таму не варта губляць жорсткі дыск, бо гэта здольна пацягнуць за сабой неадэкватную працу вибродатчика, што можа стаць прычынай поўнай непрацаздольнасці прылады. Некаторыя НЖМД валодаюць звышадчувальныя да вібрацыі датчыкамі, якія рэагуюць на найменшае яе праява. Дадзеныя, якія атрымлівае VCM, дапамагаюць у карэкціроўцы руху галовак, таму дыскі абсталююцца як мінімум двума такімі датчыкамі.
Яшчэ адна прылада, створанае для абароны HDD - абмежавальнік пераходнага напружання (Transient Voltage Suppression, TVS), закліканы прадухіляць магчымы выхад з ладу ў выпадку скокаў напругі. На адной схеме такіх абмежавальнікаў можа быць некалькі.
паверхню гермоблока
Пад інтэгральнай платай размяшчаюцца кантакты ад матораў і галовак. Тут жа можна ўбачыць амаль нябачнае тэхнічнае адтуліну (breath hole), якое выраўноўвае ціск усярэдзіне і звонку герметычнай зоны блока, разбуральнае міф пра тое, што ўнутры вінчэстара знаходзіцца вакуум. Унутраная яго вобласць пакрыта спецыяльным фільтрам, які не прапускае пыл і вільгаць непасрэдна ў HDD.
вантробы гермоблока
Пад вечкам герметычнага блока, якая прадстаўляе сабой звычайны пласт металу і гумовую пракладку, якая абараняе яго ад траплення вільгаці і пылу, знаходзяцца магнітныя дыскі.
Яны таксама могуць называцца блінамі або пласцінамі (Platters). Дыскі звычайна ствараюцца са шкла ці алюмінія, які быў папярэдне адпаліраваная. Затым яны пакрываюцца некалькімі пластамі розных рэчываў, у ліку якіх прысутнічае і ферромагнетик - дзякуючы яму і маецца магчымасць запісваць і захоўваць інфармацыю на цвёрдым дыску. Паміж пласцінамі і над самым верхнім бліном размяшчаюцца падзельнікі (Dampers or separators). Яны выраўноўваюць патокі паветра і зніжаюць акустычныя шумы. Звычайна вырабляюцца з пластыка або алюмінія.
Сэпаратарная пласціны, якія былі выраблены з алюмінія, лепш спраўляюцца з паніжэннем тэмпературы паветра ўнутры герметычны зоны.
Блок магнітных галовак
На канцах кранштэйнаў, якія знаходзяцца ў блоку магнітных галовак (Head Stack Assembly, HSA), размешчаны галоўкі чытання / запісы. Калі шпіндзель спынены, яны павінны знаходзіцца ў препаровочной вобласці - гэта месца, дзе размяшчаюцца галоўкі спраўнага жорсткага дыска ў той час, калі вал не працуе. У некаторых HDD паркоўка адбываецца на пластыкавых препаровочных абласцях, якія размешчаны па-за пласцін.
Для нармальнай працы жорсткага дыска патрабуецца як мага больш чыстае паветра, які змяшчае мінімум іншых часціц. З часам у назапашвальніку ўтвараюцца мікрачасціны змазкі і металу. Каб іх выводзіць, HDD абсталююцца цыркуляцыйнымі фільтрамі (Recirculation filter), якія пастаянна збіраюць і затрымліваюць вельмі маленькія часціцы рэчываў. Яны ўсталёўваюцца на шляху паветраных патокаў, якія ўтвараюцца з-за кручэння пласцін.
У НЖМД усталёўваюць неадымавым магніты, здольныя прыцягваць і ўтрымліваць вага, які можа больш ўласнага ў 1300 разоў. Прызначэнне гэтых магнітаў у HDD - абмежаванне руху галовак шляхам утрымання іх над пластыкавымі або алюмініевымі блінамі.
Яшчэ адной часткай блока магнітных галовак з'яўляецца шпулька (Voice coil). Разам з магнітамі яна ўтварае прывад БМГ, Які разам з БМГ складае позиционер (Actuator) - прылада, якая перамяшчаецца галоўкі. Ахоўны механізм для гэтай прылады называецца фіксатарам (Actuator latch). Ён вызваляе БМГ, як толькі шпіндзель набярэ дастатковую колькасць абаротаў. У працэсе вызвалення ўдзельнічае ціск патоку паветра. Фіксатар прадухіляе якія-небудзь руху галовак у препаровочном стане.
Пад БМГ будзе знаходзіцца прэцызійныя падшыпнік. Ён падтрымлівае плыўнасць і дакладнасць дадзенага блока. Тут жа знаходзіцца выкананая з алюмініевага сплаву дэталь, якая называецца каромыслам (Arm). На яе канцы, на спружыннай падвесцы, размешчаны галоўкі. Ад каромысла ідзе гнуткі кабель (Flexible Printed Circuit, FPC), які вядзе ў кантактную пляцоўку, якая злучаецца з платай электронікі.
Вось так выглядае шпулька, якая злучаная з кабелем:
Тут можна ўбачыць падшыпнік:
Вось тут намаляваныя кантакты БМГ:
пракладка (Gasket) дапамагае забяспечыць герметычнасць счаплення. Дзякуючы гэтаму ў блок з дыскамі і галоўкамі паветра трапляе толькі праз адтуліну, якое выраўноўвае ціск. Кантакты дадзенага дыска пакрытыя найтонкай пазалотай, што паляпшае праводнасць.
Тыповая зборка кранштэйна:
На канчатках спружынных падвешванняў знаходзяцца малагабарытныя дэталі - слайдары (Sliders). Яны дапамагаюць счытваць і запісваць дадзеныя, падымаючы галоўку над пласцінамі. У сучасных назапашвальніках галоўкі працуюць, размяшчаючыся на адлегласці 5-10 нм ад паверхні металічных бліноў. Элементы счытвання і запісы інфармацыі размешчаны на самых канцах слайдеров. Яны настолькі малыя, што ўбачыць іх можна толькі скарыстаўшыся мікраскопам.
Гэтыя дэталі не з'яўляюцца абсалютна плоскімі, бо маюць на сабе аэрадынамічныя канаўкі, служачыя для стабілізацыі вышыні палёту слайдера. Паветра пад ім стварае падушку (Air Bearing Surface, ABS), якая падтрымлівае паралельны паверхні пласціны палёт.
Предусилитель - чып, які адказвае за кіраванне галоўкамі і ўзмацненне сігналу да іх ці ад іх. Размешчаны ён непасрэдна ў БМГ, таму як сігнал, які вырабляюць галоўкі, валодае недастатковай магутнасцю (каля 1 Ггц). Без узмацняльніка ў герметычным зоне ён бы проста разышоўся па шляху да інтэгральнай схеме.
Ад гэтага прылады ў бок галовак ідзе больш дарожак, чым да герметычнай зоне. Тлумачыцца гэта тым, што жорсткі дыск можа ўзаемадзейнічаць толькі з адной з іх у пэўны момант часу. Мікрапрацэсар адпраўляе запыты предусилителю, каб ён абраў патрэбную яму галоўку. Ад дыска да кожнай з іх ідзе па некалькі дарожак. Яны адказваюць за зазямленне, чытанне і запіс, кіраванне мініятурнымі прывадамі, працу з адмысловым магнітным абсталяваннем, якое можа кіраваць слайдарам, што дазваляе павялічыць дакладнасць размяшчэння галовак. Адна з іх павінна весці да Награвальнік, які рэгулюе вышыню іх палёту. Працуе гэтая канструкцыя так: з награвальніка цяпло перадаецца падвесцы, якая злучае слайдер і каромысел. Подвес ствараецца з сплаваў, якія маюць адрозныя параметры пашырэння ад паступае цяпла. Пры павышэнні тэмпературы ён выгінаецца ў бок пласціны, тым самым памяншаючы адлегласць ад яе да галоўкі. Пры памяншэнні колькасці цяпла, адбываецца адваротнае дзеянне - галоўка аддаляецца ад бліна.
Вось такім чынам выглядае верхні падзельнік:
На гэтай фатаграфіі знаходзіцца герметычная зона без блока галовак і верхняга сепаратара. Таксама можна заўважыць ніжні магніт і прыціскной кальцо (Platters clamp):
Дадзенае кальцо стрымлівае блокі бліноў разам, прадухіляючы ўсякае іх рух адносна адзін аднаго:
Самі пласціны нанізаны на вал (Spindle hub):
А вось што знаходзіцца пад верхняй пласцінай:
Як можна зразумець, месца для галовак ствараецца пры дапамозе адмысловых раздзяляльных кольцаў (Spacer rings). Гэта высокадакладныя дэталі, якія вырабляюцца з немагнітных сплаваў або палімераў:
На дне гермоблока знаходзіцца прастору для выраўноўвання ціску, размешчанае прама пад паветраным фільтрам. Паветра, які знаходзіцца па-за герметычнага блока, безумоўна, змяшчае ў сабе часціцы пылу. Для вырашэння гэтай праблемы, усталёўваецца шматслаёвы фільтр, які значна тоўшчы таго ж цыркулярнай. Часам на ім можна выявіць сляды сілікатнай геля, які павінен абсарбаваць ў сябе ўсю вільгаць:
заключэнне
У гэтым артыкуле было прыведзена падрабязнае апісанне вантроб HDD. Спадзяемся, гэты артыкул быў вам цікавы і дапамог даведацца шмат новага з сферы камп'ютэрнага абсталявання.
