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.1)

Накопитель на жестких магнитных дисках 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» головки на нужную дорожку)

· 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 сектора, 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.

Современная классификация жестких дисков

Жесткие диски делятся на классы по нескольким признакам. Во-первых, по типу интерфейса — SCSI, ATA и Serial AT. SCSI-интерфейс предназначен для организации сложных многокомпонентных дисковых подсистем; он позволяет подключить на один канал до 32 устройств, технически сложнее, дороже в реализации и «интеллектуальнее», чем ATA. Интерфейс ATA предназначен для организации простых дисковых подсистем (до двух устройств на канал), значительно проще и дешевле в реализации и менее «интеллектуален». На сегодня SCSI-диски применяются в серверах и мощных рабочих станциях, ATA-диски — в обычных настольных ПК, переносных компьютерах и в последнее время в цифровой бытовой электронике (например, в цифровых видеомагнитофонах или CD/MP3_проигрывателях). Интерфейс Serial AT является дальнейшим развитием ATA-интерфейса и предназначен для того же сектора применения. Основным отличием от ATA-интерфейса является переход на последовательную передачу данных (ATA-интерфейс ─ параллельный) и поддержка горячего подключения/отключения устройств, т.е. без обесточивания системы. Также увеличена скорость передачи данных, до 150 Мбайт/с и выше у Serial AT, против 133 Мбайт/с у ATA.

Во-вторых, по типоразмеру накопителей — 3,5_ или 2,5_дюйм. 3,5_дюймовые SCSI_накопители и ATA-диски применяются в настольных ПК и других стационарных устройствах, 2,5_дюйм — в ноутбуках и прочих переносных системах.

В-третьих, по скорости вращения шпинделя. Быстрее всех вращаются SCSI-диски — 15 тыс., 10 тыс. и 7200 об./мин, за ними следуют 3,5-дюйм ATA-диски — 10 тыс., 7200 и 5400 об./мин, и, наконец, 2,5-дюйм ATA-диски — 7200, 5400 и 4200 об./мин.

Дата добавления: 2014-01-11