Co to jest dysk twardy?
A dysk twardy (często w skrócie jako dysk twardy, dysk twardy lub HDD) to nieulotne urządzenie magazynujące, które przechowuje dane zakodowane cyfrowo na szybko obracających się sztywnych (tj. twardych) talerzach z magnetycznymi powierzchniami. Ściśle mówiąc, „napęd” odnosi się do mechanicznego aspektu napędzanego silnikiem, który różni się od jego nośnika, takiego jak napęd taśmowy i jego taśma lub napęd dyskietek i dyskietka. Wczesne dyski twarde miały nośniki wymienne; jednak obecnie dysk twardy jest zwykle jednostką szczelną (z wyjątkiem filtrowanego otworu odpowietrzającego w celu wyrównania ciśnienia powietrza) ze stałym nośnikiem.
Jak działa dysk twardy?
Dysk twardy to zapieczętowana jednostka zawierająca kilka talerzy w stosie. Dyski twarde można montować w pozycji poziomej lub pionowej. W tym opisie dysk twardy jest zamontowany poziomo.
Elektromagnetyczne głowice odczytu / zapisu są umieszczone powyżej i poniżej każdego talerza. Gdy talerze wirują, głowice napędowe poruszają się w kierunku środkowej powierzchni i na zewnątrz w kierunku krawędzi. W ten sposób głowice napędowe mogą dosięgnąć całej powierzchni każdego talerza.
Elementy fizyczne dysku twardego
TALERZE:
Talerz to okrągły, metalowy dysk, który jest zamontowany wewnątrz dysku twardego. Kilka talerzy jest zamontowanych na stałym silniku wrzeciona, aby utworzyć więcej powierzchni do przechowywania danych na mniejszym obszarze. Talerz ma rdzeń wykonany z podłoża aluminiowego lub szklanego, pokrytego cienką warstwą tlenku żelaza lub stopu kobaltu. Po obu stronach materiału podłoża nakłada się cienką powłokę specjalną techniką wytwarzania. Ta cienka powłoka, w której przechowywane są rzeczywiste dane, stanowi warstwę nośnika.
Po nałożeniu środka magnetycznego na powierzchnię materiału podłoża nakładana jest cienka warstwa smarująca w celu ochrony materiału. Ten złożony trójwarstwowy nośnik jest szczegółowo omawiany w następujący sposób:
MATERIAŁ PODŁOŻA:
Materiał sypki, z którego wykonane są talerze, stanowi podstawę, na której osadzona jest warstwa mediów. Podłoże nie ma żadnej konkretnej funkcji, ale wspiera warstwę nośnika. Najczęściej stosowanym materiałem do wykonania tej warstwy fizycznej jest stop aluminium. Stop ten jest sztywny, lekki, stabilny, niedrogi, łatwy w obróbce i jest łatwo dostępny. Wcześniej, ponieważ szczelina między głowami a talerzem była stosunkowo wysoka, powierzchnia talerza gładka i płaska nie stanowiła większego problemu. Jednak wraz z postępem technologii zmniejsza się przerwa między głowicami i talerzami, a prędkość wirowania talerzy rośnie. Z tego powodu rośnie zapotrzebowanie na alternatywne materiały na talerzu. Talerze szklane zastępują talerze aluminiowe, ponieważ zapewniają lepszą sztywność, lepszą jakość, cieńsze talerze i stabilność termiczną.
WARSTWA MEDIÓW:
Materiał podłoża stanowi podstawę, na której osadzone są rzeczywiste nośniki zapisu. Warstwa nośnika jest cienką powłoką z materiału magnetycznego nałożoną na powierzchnię talerzy i tam, gdzie przechowywane są rzeczywiste dane. Jego grubość wynosi zaledwie kilka milionowych części cala.
Zastosowano specjalne techniki osadzania materiału magnetycznego na materiale podłoża. Cienka powłoka osadzana jest po obu stronach podłoża, głównie w procesie osadzania próżniowego zwanego rozpylaniem magnetronowym. Inną taką metodą jest galwanizacja, przy użyciu procesu podobnego do tego stosowanego w galwanizacji biżuterii.
WARSTWA OCHRONNA:
Na wierzchu nośnika magnetycznego nakładana jest super cienka, ochronna, smarująca warstwa. Warstwa ta nazywana jest warstwą ochronną, ponieważ chroni dysk przed uszkodzeniem spowodowanym przypadkowym dotknięciem głowic, „zderzeniem głowicy” lub przedostaniem się innego obcego materiału do napędu
DYWIZJE PLATERÓW:
Aby utrzymać zorganizowane przechowywanie i wyszukiwanie danych, talerze są zorganizowane w określone struktury. Te specyficzne struktury obejmują ścieżki, sektory i klastry.
UTWORY:
Każdy talerz jest podzielony na tysiące ciasno upakowanych koncentrycznych kół, zwanych śladami. Ścieżki te przypominają strukturę rocznych pierścieni drzewa. Wszystkie informacje przechowywane na dysku twardym są zapisywane na ścieżkach. Począwszy od zera po zewnętrznej stronie talerza, liczba ścieżek rośnie do wewnętrznej strony. Każda ścieżka może pomieścić dużą ilość danych liczącą do tysięcy bajtów.
SEKTORY:
Każda ścieżka jest dalej dzielona na mniejsze jednostki zwane sektorami. Ponieważ sektor jest podstawową jednostką przechowywania danych na dysku twardym. Pojedyncza ścieżka zwykle może mieć tysiące sektorów, a każdy sektor może pomieścić ponad 512 bajtów danych. Kilka dodatkowych bajtów jest wymaganych dla struktur kontrolnych oraz wykrywania i korekcji błędów.
Klastry:
Sektory są często grupowane razem w celu utworzenia klastrów.
CZYTAJ / PISAJ GŁOWICE:
Głowice są interfejsem między nośnikiem magnetycznym, w którym przechowywane są dane, a komponentami elektronicznymi na dysku twardym. Głowice przetwarzają informacje w postaci bitów na impulsy magnetyczne, kiedy mają być przechowywane na talerzu i odwracają proces podczas odczytu.
Głowice są najbardziej wyrafinowaną częścią dysku twardego. Każdy talerz ma dwie głowice odczytu / zapisu, jedną zamontowaną na górze, a drugą na dole. Głowice te są zamontowane na suwakach głowy, które są zawieszone na końcach ramion głowy. Wszystkie ramiona głowy są połączone w pojedynczą strukturę zwaną siłownikiem, która odpowiada za ich ruch.
SILNIK WRZECIONA:
Silnik wrzeciona odgrywa ważną rolę w działaniu dysku twardego, obracając talerze dysku twardego. Silnik wrzeciona musi zapewniać stabilną, niezawodną i stałą moc toczenia przez wiele godzin ciągłej pracy. Wiele awarii dysku twardego występuje z powodu nieprawidłowego działania silnika wrzeciona
PŁYTA LOGICZNA DYSKU TWARDEGO:
Dysk twardy jest wykonany z inteligentnej płytki drukowanej zintegrowanej z jednostką dysku twardego. Jest zamontowany na dolnej części odlewu podstawy odsłoniętej od strony zewnętrznej. Głowice odczytu / zapisu są połączone z płytką logiczną za pomocą elastycznego kabla taśmowego.
DRIVE ZATOKA:
Cały dysk twardy jest zamontowany w obudowie zaprojektowanej w celu ochrony przed zewnętrznym powietrzem. Konieczne jest utrzymanie środowiska wewnętrznego dysku twardego wolnego od kurzu i innych zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia te mogą gromadzić się w szczelinie między głowicami odczytu / zapisu a talerzami, co zwykle prowadzi do awarii głowy.
Dno dysku nazywane jest także odlewem podstawowym. Mechanika napędu jest umieszczona w odlewach podstawy, a na wierzchu umieszczona jest pokrywa, zwykle wykonana z aluminium, w celu zamknięcia głowic i talerzy. Cała zawartość umieszczona na podstawie i komorze pokrywy jest łącznie znana jako zespół głowicy i tarczy. Gdy ten zespół zostanie otwarty, natychmiast zanieczyści zawartość i ostatecznie zniszczy dysk.
Na spodzie odlewu podstawowego znajduje się płyta logiczna, która jest oddzielana od odlewu podstawowego za pomocą materiału amortyzującego.