+7 (495) 665-2337

многоканальный телефон

+7 (495) 665-2337

узнать статус ремонта

+7 (495) 763-5656

восстановление данных

Режим работы
Пн-Пт:
с 10 до 21 часа
По Субботам:
с 11 до 17 часов
+7 (495) 665-2337

многоканальный телефон

Жесткий диск – как это устроено

Жесткий диск – как это устроено Компьютер обрабатывает различную информацию: картинки, числа, текстовые материалы. Задача жёсткого диска состоит в том, чтобы сохранять и выдавать нужную информацию максимально быстро. Основная идея жёсткого диска – сохранять необходимую информацию, когда компьютер выключается.

Диск удивительное изобретение, он может хранить необыкновенное количество информации, не смотря на свои миниатюрные размеры. Чтобы понять, как это происходит, и какие законы физики при этом используются, необходимо разобрать жёсткий диск, и посмотреть, что находится у него внутри.

В составе жесткого диска можно выделить две основные части, они показаны на рисунке: плата электроники (контроллер) и механическая часть – (гермоблок).

1 плата +гермоблок_1.jpg

 
Интегральная схема контроллера синхронизирует работу диска с компьютером и управляет всеми процессами при работе накопителя. По сути это миниатюрный специализированный компьютер – "мозг" жёсткого диска. 

2 плата_1.jpg

Основа гермоблока – это корпус, внутри которого и находятся все комплектующие жёсткого диска. Закрывается гермоблок крышкой для защиты от пыли и грязи. Но вакуума там нет, вопреки расхожему мнению. Воздух там есть, и он необходим для работы жёсткого диска. Но об этом чуть позже.

Внутри гермоблока находятся диски (пластины) с магнитным покрытием, а также блок головок с устройством позиционирования и электропривод шпинделя.

Диски жёстко закреплены на шпинделе электропривода. Электромотор вращает диски со скоростью, достигающей в некоторых моделях жёстких дисков до 15000 оборотов в минуту. Интегральная схема поддерживает скорость вращения двигателя постоянной. На рисунке показан двигатель, на шпинделе которого крепятся пластины (диски, или на компьютерном сленге – "блины").

4 мотор_1.jpg

Для перемещения магнитных головок используется так называемое устройство позиционирования магнитных головок. На рисунке видно, что оно выполнено в виде коромысла. При считывании или записи информации коромысло смещается относительно поверхности диска со скоростью до 60 раз в секунду. Конец коромысла разделён, чтобы работать сразу с несколькими дисками. Магнитный слой нанесён на обеих сторонах диска, поэтому для двух дисков используется четыре головки. 

3 коромысло+диски2_1.jpg

Головки при работе никогда не прикасается к дискам. Благодаря набегающему потоку воздуха, создающемуся при вращении дисков, головки поднимаются над их поверхностью. Промежуток между головками и дисками меньше, чем толщина человеческого волоса. Если в этот зазор попадет пылинка или произойдет сотрясение, головка столкнется с диском, вращающимся на огромной скорости. Последствия этого могут быть разными – от потери нескольких байтов информации до полного выхода из строя всего накопителя. Например, удар может быть таким сильным, что произойдет поломка головки.

Иногда для красочного описания возможных катастрофических последствий от столкновения головки с диском используется аналогия с Боингом-747, летящим со скоростью 850 км/ч в нескольких метрах над землей. Однако, наверное, правильнее было бы сравнить ситуацию с судном на воздушной подушке, парящим над поверхностью на малой высоте. Специальный профиль головки обеспечивает автоматическое поддержание постоянной толщины создающейся воздушной подушки. Такое взаимодействие двух объектов называют "воздушной подвеской". На рисунке показана головка на фоне диска. 

6 головка крупно_1.jpg

Отсутствие механического контакта головки и диска обеспечивает долгий срок службы устройства. В каждом жёстком диске есть зона, называемая парковочной – на ней останавливаются головки, когда жёсткий диск выключен.

Итак, мы посмотрели, что находится внутри жёсткого диска. Теперь остановимся на том, как устроено хранение данных.

Сердце жёсткого диска – алюминиевая пластина, именно на ней хранятся все данные и пользовательские и служебные. Данные хранятся в узких дорожках на поверхности диска. При производстве на поверхности диска создаётся более 200 тысяч таких дорожек. 

7 диск с дорожками_1.jpg

Каждая дорожка на диске разделена на секторы.

8 диск с секторами_1.jpg

Карта дорожек и секторов, записанная в контроллере, позволяет головке определить место, куда записать или где считать информацию.

Всю информацию запоминает ферромагнитная плёнка на поверхности диска. Для этого головка намагничивает микроскопическую область на этой плёнке, устанавливая магнитный момент такой ячейки в одно из значений ноль или единица.

9 ноль_1.jpg

Каждый такой ноль или единица называются битами, а значение бита соответствует ориентации магнитного поля: плюсу или минусу.

11 чередование 0 и 1_1.jpg

Итак, принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов: ферромагнитная рабочая поверхность диска движется относительно считывающей магнитной головки. Контроллер указывает место, откуда необходимо считать (или куда записать) данные. Для адресации поверхность диска делится на дорожки – концентрические кольцевые области, а дорожки делятся на секторы. Здесь напрашивается сравнение с обычной бумажной книгой: строки, абзацы и страницы.

Высокая скорость вращения дисков в сочетании с суперскоростным механизмом перемещения головок относительно дорожек – вот главные факторы, определяющие общую производительность жесткого диска. Жёсткий диск записывает и выдаёт информацию на скоростях, которые трудно себе представить. Тонкая плёнка на поверхности дисков, используя законы магнетизма, может запомнить множество разных энциклопедий и сотни тысяч фотографий. Жёсткий диск – на самом деле изумительный миниатюрный прибор, записывающий любую информацию в маленьких битах. Одна фотография хорошего качества занимает около 20 миллионов таких ячеек. Цифра впечатляющая, но в действительности такое невероятное количество битов занимает очень маленький участок на поверхности диска. Дело в том, что на каждом квадратном сантиметре поверхности можно записать до 30 миллиардов битов. Такая память – это действительно шедевр инженерной мысли!

Вот и всё, если кратко об устройстве и работе жёсткого диска. На нашем сайте дополнительно можно почитать об истории создания и развития жёстких дисков и об устройстве контроллера и гермоблока.
Получить консультацию

Возврат к списку