Конструкция накопителя на жестких магнитных дисках

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках, НЖМД, жёсткий диск, винче́стер (Hard (Magnetic) DiskDrive, HDD, HMDD; в просторечии винт, хард, харддиск) — энергонезависимое перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

В корпусе из прессованного алюминия объединены такие элементы винчестера, как двигатель, вращающий диски, носитель информации (диски), головки чтения/ записи и электроника.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала. В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Если при записи на головку подается сначала положительный сигнал, а затем отрицательный (или наоборот), то магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением магнитных полей, создаваемых головкой записи (рис. 11.1).

Во время чтения головка регистрирует моменты изменения полярности и выдает ряд импульсов, каждый из которых соответствует моменту изменения полярности. Импульсы декодируются в последовательность двоичных данных. Соответственно при записи цифровые данные преобразуются в электрические сигналы.

Во избежание потерь или искажения информации необходима синхронизация записывающей и считывающей головки. Как правило, синхросигнал объединен с сигналом данных и передается вместе с ним по одному каналу в соответствии с используемым методом кодирования.

Самым первым был метод частотной модуляции — FM ( Frequency Modulation).При использовании данного метода каждая битовая ячейка начинается с повторного изменения полярности магнитных доменов. Таким образом, единичный бит записывается в виде двух близко расположенных зон изменения полярностей, а при записи "0" расстояние между зонами удваивается.

Следующий метод частотной модуляции — MFM (Modified Frequency Modulation). При MFM-кодировании изменение тока записи происходит в середине интервала (такта), если передаваемый бит равен 1, и на границе интервала, если оба соседних бита равны 0. Направление переключения тока не имеет значения.

Метод RLL — run length limited или кодирование с ограничением длины поля записи. Данный метод использует принципы MFM, но кодирует не отдельные биты, а целые группы по определенному закону, где каждая комбинация, в зависимости от ее месторасположения, дает 2 битовых элемента. В результате создаются целые последовательности зон смены знака. Термин Run Length Limited (с ограничением длины пробега) составлен из названий двух основных параметров, которыми являются минимальное (длина пробега) и максимальное (предел пробега) число ячеек перехода, которые можно расположить между двумя зонами смены знака. Изменяя эти параметры, можно получать различные методы кодирования.

Скорость вращения дисков первых винчестеров составляла 3000-3600 об./мин, а это означает, что головки двигались с относительной скоростью 60—80 км/час. Впоследствии скорость вращения дисков в винчестерах была увеличена до 5400 - 7200 об./мин. В 1997 г. Был выпущен винчестер со скоростью вращения дисков 10 000 об./мин

Головки чтения/записи соответствуют рабочим головкам дисковода. Для каждого диска имеется пара таких головок, которые приводятся в движение и позиционируются соленоидным приводом или иначе называемым приводом с подвижной катушкой. Все головки расположены "гребенкой". Позиционирование одной головки обязательно вызывает аналогичное перемещение и всех остальных, поэтому, когда речь идет о логической структуре винчестера, обычно говорят о цилиндрах (Cylinder), а не о дорожках.

При выключении шпиндельного двигателя винчестера, после его полной остановки, головки ложатся на поверхность диска в так называемой зоне парковки. Когда диски начинают вращаться, головки отрываются от рабочей поверхности и "парят" над ней на высоте 0,08—0,5 мкм. Головки перемещаются над поверхностью диска и устанавливаются на заданный цилиндр с помощью механизма, называемого приводом головок.

Катушка жестко соединяется с блоком головок и находится в поле постоянного магнита. При подаче на катушку электрического тока она перемещается под воздействием электромагнитных сил. Для точного позиционирования головок используется специальный сигнал обратной связи, в котором содержится информация о взаимном расположении дорожек и головок. Для этой цели, на участках между информационными дорожками диска при изготовлении записываются специальные сервокоды, которые не изменяются в течение всего срока его эксплуатации.

В процессе работы современных винчестеров периодически (примерно 2 раза в час) осуществляется так называемая температурная калибровка (Т-cal), при которой все головки поочередно переводятся с нулевого на другой цилиндр для оценки их смещения относительно результатов предыдущей калибровки. Вычисляются необходимые поправки и записываются в память винчестера.

Автоматическая парковка головок заключается в том, что при включении и выключении PC головки устанавливаются по мере необходимости на определенный, чаще всего, последний цилиндр, где не содержатся данные.

Основные характеристики винчестеров:

· быстродействие, определяемое временем доступа к нужной информации, временем ее считывания/записи и скоростью передачи данных

· емкость, то есть максимальданных, который можно записать на носитель;

· время безотказной работы (обычно составляет примерно 50 лет).

Date: 2016-06-06; view: 948; Нарушение авторских прав