7.2. Приложение 2. Для тех, кто никогда не видел жесткий диск
7.2.1. Жесткие диски. Что это такое?
Эти устройства похожи в одном на сами компьютеры, в которых они устанавливаются. Люди не понимают, как они нуждаются в
них до тех пор, пока не начнут ими пользоваться. Внезапно оказывается, что этй устройства им жизненно важно необходимы, и эта
необходимость растет с каждым днем их эксплуатации. После работы с жестким диском все удивляются, как это можно обойтись без
него. После знакомства с ним компьютер без жесткого диска кажется не компьютером. Hi базе жесткого диска формируется основа
работа с программами и информацией компьютера. Он помогает увеличить быстродействие выполнения каждодневной работы по
загрузив определенных программ. Благодаря тому, что он позволяет организовать работу С информацией очень быстро, существенно
повысив производительность системы, кажется, что остальные составляющие компьютера улучшают свои характеристики.
7.2.2. Появление винчестера
Имя технологии дала первая разработка устройства. Оно было создано IBM и имело кодовое название 3030, означающее две
стороны по 30 Мб. В конце концов, оно бьшо названо винчестером 3030. Согласно легенде, винтовка этого хипа завоевала Запад.
Согласно другой версии название винчестер произошло потому, что технология плавающей головки была разработана лабораторией,
расположенной в городе Винчестер. Основополагающим принципом этой технологии является плавающая головка чтения/записи.
Вращающийся диск создает воздушный поток, обладающий достаточной подъемной силой, чтобы удержать головку над поверхностью
диска на расстоянии нескольких микрон. Поэтому даже мельчайшие частички пыли, попавшие на поверхность Джека, могут привести к
выходу его из строя. Именно по этой причине корпус винчестера герметически закрыт и его вскрытие приведет к тому, что очень скоро
ваш винчестер перестанет работать.
7.2.3. Знакомство с жестким диском
Не все жесткие диски одинаковы. Различные модели жестких дисков изготавливаются из различных материалов по различным
технологиям и стандартам. В результате производительность, емкость и цена колеблются в широком диапазоне от нескольких
десятков до сотен долларов.
Обычно жесткий диск
вращается со скоростью 3600
оборотов ■ минуту, что в Ю раз
быстрее гибкого диска. Это
обстоятельство наряду с
применением передовых
технологий, позволяющих
размещать информацию со
значительно большей
плотностью, позволяет
винчестеру считывать и
записывать данные на
несколько порядков быстрее,
чем с обычной дискеты.
Одним из главных
факторов, определяющих
емкость жесткого диска,
является число используемых
поверхностей. Это очевидно:
чем больше поверхностей
используется, тем больше
будет емкость устройства.
7.2.4. Магнитное покрытие
В качестве первых магнитных покрытий жесткого диска использовали те же материалы, что и для аудиокассет — окиси железа.
Эта технология стара и хорошо изучена, но не является лучшей для магнитного хранения информации. Слегка неровная поверхность
такого покрытия требует, чтобы головка располагалась дальше, что уменьшает плотность информации. Кроме того, эти покрытия
более мягкие и они разрушаются при падении головок.
Более современной является тонкопленочная технология. Плоскости такого диска содержат тончайшие пленки чистого металла
или смеси металлов. Такое покрытие имеет несколько преимуществ по отношению к окисной технологии. Более мелкие частицы
магнитного покрытия позволяют хранить информацию более плотно. Дорожки и информация размещаются теснее друг к другу,
поэтому голов» чтения/записи не нужно перемещаться на большое расстояние, чтобы добраться до следующего байта, увеличивая
производительность диска. Кроме того, такое покрытие значительно прочнее механически. Обычно падение головок на окисное
покрытие больше вредит диску, чем самой головка. Головка буквально вспахивает его покрытие, образуя глубокие борозды и
уничтожая информацию. Что касается тонкопленочных покрытий, то головки просто отскакивают от них.
7.2.5. Головки чтения/записи
Еще одна движущаяся часть большинства винчестеров — головки. Почти во всех винчестерах каждой поверхности диска
соответствует своя головка, парящая над или под его поверхностью. Каедая из этих головок гибко присоединяется к более жесткой
«рука», образуя парящую конструкцию. Несколько таких конструкций объединяются в един (обычно вращающийся) механизм.
7.2.6. Высотный эффект
Высота, на которой находится головка над поверхностью диска, является одним из главных факторов, определяющих его
емкость. Магнитное поле уменьшается пропорционально квадрату расстояния, поэтому, чем дальше располагается головка, тем
больше должны быть размеры элементарных участков, Приближение головки к поверхности позволяет уменьшить эти размеры, а
следовательно, приблизить эти области друг к другу, тем самым, увеличив объем диска.
7.2.7. Привод ГОЛОВКИ
Каждая головка сканирует поверхность диска при обмене информацией. Если бы головка не могла перемещаться, для хранения
информации использовалась бы только узкая часть поверхности диска. Головка может перемещаться, изменяя участки сканирования.
Механизм, который осуществляет эти перемещения, называется приводом головки. Обычно вся конструкция головки вращается или
перемещается над поверхностью диска при помощи специального соленоида или мотора.
Современные приводы головок разработаны таким образом, чтобы также способствовать увеличению емкости жесткого диска.
Это увеличение достигается благодаря более точному позиционированию. Одним из самых больших ограничений на пути увеличения
плотности хранения информации на диске служит его механическая часть, определяющая точность позиционирования над данной
областью диска, где можно хранить один бит информации. Чем больше точность у механизма, тем больше информации можно
расположить на его поверхности.
7.2.8. Типы приводов головок
Привод головки является частью электромеханической системы, включающей электронику, контролирующую ее движение. Все
типы приводов можно разделить на два различных класса — с открытой петлей и закрытой петлей. Этим двум типам соответствуют
два механизма —ленточный шаговый привод и сервоголосоеой привод.
Открытая или закрытая петля определяет тип обратной связи при позиционировании головки. Первое определение говорит о
том, что обратная связь не используется. Механизм перемещает головку и надеется, что ока располагается в нужном месте.
7.2.9. Ленточные шаговые привады
Системы с открытой петлей обычно реализуются на базе ленточного шагового привода. Он работает на шаговом двигателе,
перемещающим головки. Аналогичный механизм используется для перемещения головок гибкого диска. Шаговый двигатель — это
специальный двигатель постоянного тока, обеспечивающий поворот вала не определенный угол в зависимости от числа электрических
импульсов, поступающих от системы управления. Ленточный привод, одетый на вал двигателя, подводится к головке, обеспечивая
линейное перемещение. Таким образом, каждый импульс системы управления обеспечивает движение головки роено на одну дорожку
жесткого диска. Скорость перемещения ограничивается частотой восприятия импульсов двигателем.
7.2.10. Сервоголосовые приводы
Системы с закрытыми петлями по обратной связи постоянно попучают информацию о местоположении головки. Таким образом,
они всегда знают, где она находится. Система определяет ее местонахождение путем постоянного чтения определенного участка
диска — сарвопоеврхности.
Обычно в системах с закрытой петлей используется механизм, работающий точно так же, как обмотка громкоговорителя —
отсюда и название. Магнитное поле генерируется в обмотке (соленоиде) цепями управления, заставляя головку перемещаться над
поверхностью диска.
Обычно в таком приводе этот механизм прямо соединен с вращающейся рукой, также обеспечивающей работу головке
чтения/записи. Соленоид обеспечивает радиальное перемещение головки над поверхностью диска.
Благодаря своей природе, системе с закрытой петлей нет надобности считать число сделанных шагов при перемещении, Она
способна быстро перенестись приблизительно на нужное место, а через миллисекунды окончательно выставить свое местоположение
по сервоинформацми.
Для увеличения производительности необходима более сложная система управления и использование одной стороны
поверхности. Обычно жесткие диски высокой производительности работают по этому принципу, а винчестеры с низкой
производительностью используют менее дорогие ленточные шаговые приводы.
7.2.11. Влияние используеыого числа поверхностей
Число поверхностей, используемых в жестком диске, также влияет на скорость поиска информации. Чем больше это число на
данном винчестере, тем больше вероятность того, что требуемые данные окажутся под одной из головок. Очевидно также, что, чем
больше головок, тем больше их масса. Эте дополнительная масса уменьшает скорость, но ее можно компенсировать увеличением
мощности привода.
7.2.12. Уязвимость жесткого диска
Жесткий диск имеет и свои слабые стороны. Например, постоянное вращение увеличивает количество потребляемой энергии,
поэтому необходим более мощный блок питания. Однако современные винчестеры потребляют значительно меньший ток, чем старые
модели, и поэтому необходимость замены блоха питания напрямую зависит от типа подключаемого винчестера.
Точный механизм жесткого диска также уязвим. Толчок может привести к тому, что головка упадет на магнитное покрытие, Или
же пыль или нестабильный воздушный поток может изменить траекторию движения головок. Падение головки может привести к
касанию и разрушению магнитного слоя.
Жесткие диски наиболее уязвимы при выключении питания, что может привести к падению головок. При выключении питания
диск прекращает вращаться, а следовательно пропадают воздушные потоки, поддерживающие головки над его поверхностью. Обычно
этот поток уменьшается постепенно, и головки медленно опускаются вниз, обеспечивая плавную их посадку на магнитное покрытие
наподобие самолета в аэропорту.
Однако любое такое приземление головок потенциально способно привести к разрушению магнитного покрытия. Поэтому
большинство жестких дисков имеют определенную зону посадки, где информация не хранится. Обычно такая зона отводится на
границе участка хранения информации.
В старых моделях винчестеров для переноса головки в зону посадки и удержания ее там на время остановки диска (этот процесс
называется парковкой) необходимо было использовать специальную программу. Все новце модели винчестеров разработаны так, что
где бы не застало их выключение питания, головки автоматически переводятся в нужную зону, прежде чем произойдет остановка
диска. Такие модели называют винчестерами с автоматической парковкой головок.
Даже тогда, когда головки коснутся поверхности диска, в нужной зоне после выключения литания потенциально могут возникнуть
некоторые проблемы. От удара или толчка они могут переместиться с зоны парковки и повредить поверхность с информацией. Чтобы
избежать этих неприятностей, все новые модели винчестеров обеспечивают фиксацию головок чтения/записи в нужной зоне после
выключения питания.
Расстояние, отделяющее парящие головки от поверхности диска, является очень малым по сравнению с частицами пыли,
наполняющими все воздушное пространство, за исключением помещения, где выпускают электронное оборудование, типа того же
жесткого диска. Частицы пыли смотрятся валунами в микро масштабе. Ударяясь о такое препятствие, головка может изменить
траекторию своего движения и упасть на магнитную поверхность. Чтобы защитить поверхности диска от пыли, шерсти и других мелких
частиц, парящих в воздухе, винчестеры выпускаются в закрытом корпусе.
Корпус диска, однако, не полностью герметичен. Обычно у него имеется маленькое отверстие, позволяющее уравнять давление
внутри винчестера и снаружи. И хотя воздушный обмен через это отверстие минимален, в него вставляется специальный фильтр,
предназначенный для предотвращения попадания пыли в устройство. По этой же причине катеаорически запрещается вскрывать
корпус винчестера.
7.2.13. Интерфейсы
Интерфейс жесткого диска относится одновременно и к аппаратным средствам, используемым, чтобы делать физическое
соединение между дисководом и компьютером, и электронными командами, которые управляют передачей данных. Существует
четыре типе интерфейса жесткого диска, но наиболее широкое распространение получили Small Computer System Interface (SCSI) и
Integration Drive Electronic (IDE). Интерфейс SCSI является более дорогим, чем IDE, и обычно используется в сетевых серверах и
других устройствах, требующих быстро обрабатывать большие массивы информации. Интерфейс IDE в основном используется в
бьгговых компьютерах и на данный момент является самым распространенным. Этот же интерфейс используется и контроллером
SMUC.
