Жесткий диск (винчестер, Накопитель на жестких магнитных дисках)

 

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) – это устройство с несменным носителем. Его конструктивная схема сходна со схемой НГМД, но реализация отличается, и существенно.

Конструкция жесткого диска (рис. 4)

Накопитель на жестких магнитных дисках (рис. 4) состоит из четырех главных элементов, каждый из которых вносит свой вклад в его общие характеристики: носителя (пакета дисковых пластин, вращающихся на одной оси), головок чтения-записи, позиционера (устройства, «наводящего» голов-

Рис. 4. Конструкция жесткого диска

 

ки на нужную дорожку) и контроллера, обеспечивающего согласованное управление всеми элементами диска и передачу данных между ним и компьютером. Данные хранятся на пластинах в виде концентрических дорожек, каждая из которых делится на секторы, содержащие данные (в подавляющем большинстве случаев размер сектора составляет 512 байт) и коды коррекции ошибок. Процесс такой разметки диска на секторы, состоящий в записи на его поверхность секторных меток и идентификационных номеров, и называется физическим или низкоуровневым форматированием. Количество секторов на дорожке в современных дисках варьируется в зависимости от длины дорожки, т. е. на внешних дорожках секторов больше, а на внутренних меньше (так называемый метод зонно-битовой записи — zoned bit recording). Совокупность дорожек, находящихся под головками в определенном их положении на всех пластинах диска, называется цилиндром.

Пластины представляют собой диски из алюминиевого сплава или стеклообразного материала (стеклянные пластины получили в последнее время более широкое распространение), поверхность которых покрыта несколькими слоями магнитных и немагнитных материалов, защищенных сверху тонким слоем алмазоподобного графита. Размеры и ориентация частиц магнитного слоя определяют вместе с размерами зазора магнитной головки возможную плотность записи. Заметим, что поверхностная плотность записи имеет две составляющие — продольную (определяется размерами магнитных доменов, представляющих каждый бит одной дорожки) и поперечную (определяется расстоянием между соседними дорожками). Одно из последних достижений в увеличении плотности записи за счет уменьшения размеров магнитных частиц — разработанное IBM покрытие с антиферромагнитной связью (AFC, AntiFerromagnetically Coupled). Такое покрытие, неофициально называемое «пыльцой эльфов», состоит из двух магнитных слоев, «проложенных» тончайшим (его толщина составляет всего три атомных диаметра!) слоем парамагнитного металла рутения. В этом «сэндвиче» вместо одиночных магнитных доменов образуются магнитные пары с противоположно направленными векторами намагниченности, обеспечивающие повышенную стойкость к размагничиванию. Пластины укреплены на шпинделе двигателя, который вращает их с весьма высокими угловыми скоростями (до 15 тыс. об./мин).

Головка записи-чтения — ключевой элемент НЖМД. Ее чувствительность и величина магнитного зазора в большой степени определяют плотность записи накопителя. Головка «летит» над поверхностью вращающейся пластины на расстояниях порядка 10—15 нм. Расстояние от головки до магнитного слоя при этом заметно больше — до 30 нм. Защитный слой из алмазоподобного графита, наносимый на головку и пластины, обладает чрезвычайно высокими прочностью и гладкостью, так что «падение» головки на поверхность пластины в случае, например, непредвиденной остановки двигателя не приводит в современных накопителях к выходу их из строя, как это было в НЖМД первых поколений.

Позиционер (actuator) — «средство доставки» головок к нужному цилиндру диска. Понятно, что от скорости и точности его работы зависит как время доступа к данным, так и допустимое расстояние между дорожками, т. е. в конечном счете плотность записи. Кроме основных своих функций, позиционер в современных дисках служит еще и средством обеспечения надежности. Он должен вывести головки из зоны возможного соприкосновения с носителем в случае остановки основного двигателя, пропадания питания и других непредвиденных ситуаций.

Контроллер управляет всеми электронными и электромеханическими компонентами накопителя и содержит все необходимые для чтения и записи данных аналоговые и цифровые схемы. Он строится, как правило, на базе специализированного процессора, оснащенного буферной памятью для промежуточного хранения данных записи-чтения и ПЗУ или ППЗУ со встроенным программным обеспечением. Контроллер вместе с позиционером обеспечивают безопасность диска в случае пропадания питания или остановки двигателя, выводя головки из зоны возможного соприкосновения. Кроме того, контроллер обеспечивает перевод диска в режим экономии энергии при отсутствии обращений к нему в течение некоторого времени.