Seade kõvaketas

Selle artikli eesmärk on kirjeldada kaasaegse kõvaketta struktuuri, rääkida selle põhikomponentidest, näidata, kuidas need välja näevad ja mida nimetatakse. Lisaks näitame komponente kirjeldava vene- ja ingliskeelse terminoloogia seost kõvakettad.

Selguse huvides vaatame 3,5-tollist SATA draiv. See on täiesti uus Seagate ST31000333AS terabait. Uurime oma merisiga.

Vasejälgede, toite- ja SATA-pistikutega rohelist PCB-d nimetatakse elektroonikaplaadiks või juhtplaadiks (Printed Circuit Board, PCB). Seda kasutatakse kõvaketta töö juhtimiseks. Musta alumiiniumkorpust ja selle sisu nimetatakse HDA-ks (pea- ja kettakoost, HDA). Korpust ennast ilma sisuta nimetatakse ka hermeetiliseks plokiks (aluseks).

Nüüd eemaldame trükkplaadi ja uurime sellele asetatud komponente.

Esimese asjana hakkab silma keskel asuv suur kiip – mikrokontroller ehk protsessor (Micro Controller Unit, MCU). Kaasaegsetel kõvaketastel koosneb mikrokontroller kahest osast - keskprotsessor(Central Processor Unit, CPU), mis teeb kõik arvutused ja lugemis-/kirjutuskanal - spetsiaalne seade, teisendab peadest pärinevat analoogsignaal digitaalandmeteks lugemistoimingu ajal ja digitaalandmete kodeerimine analoogsignaaliks kirjutamise ajal. Protsessoril on sisend/väljundpordid (IO pordid) teiste trükkplaadil asuvate komponentide juhtimiseks ja andmete edastamiseks SATA liidese kaudu.

Mälukiip on tavaline DDR SDRAM mälu. Mälu maht määrab kõvaketta vahemälu suuruse. Sellel PCB-l on Samsungi mälu DDR mahuga 32 MB, mis teoreetiliselt annab kettale vahemälu 32 MB (ja see on täpselt nii palju tehnilised omadused ah kõvaketas), kuid see pole täiesti tõsi. Fakt on see, et mälu jaguneb loogiliselt puhvermäluks (vahemälu) ja püsivara mäluks. Protsessor vajab püsivara moodulite laadimiseks teatud kogust mälu. Meie teadmiste kohaselt näitavad tehnilistes kirjeldustes tegelikku vahemälu suurust ainult Hitachi/IBM; Teiste ketaste puhul võib vahemälu suuruse kohta ainult oletada.

Järgmine kiip on mootori ja peaseadme juhtkontroller ehk "twist" (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Lisaks juhib see kiip plaadil asuvaid sekundaarseid toiteallikaid, mis toidavad protsessorit ja HDA-s asuvat eelvõimendi-lüliti kiipi (eelvõimendi, eelvõimendi). See on trükkplaadi peamine energiatarbija. See juhib spindli pöörlemist ja peade liikumist. VCM-i kontrolleri südamik võib töötada isegi temperatuuril 100 °C.

Osa ketta püsivarast on salvestatud välkmällu. Kui kettale antakse toide, laadib mikrokontroller välkkiibi sisu mällu ja hakkab koodi täitma. Ilma õigesti laaditud koodita ei taha ketas isegi üles keerata. Kui plaadil pole välkkiipi, tähendab see, et see on mikrokontrollerisse sisse ehitatud.

Vibratsiooniandur (šokiandur) reageerib kettale ohtlikule raputamisele ja saadab selle kohta signaali VCM-kontrollerile. VCM pargib kohe pead ja võib peatada ketta pöörlemise. Teoreetiliselt peaks see mehhanism plaati kaitsma edasiste kahjustuste eest, kuid praktikas see ei tööta, seega ärge plaate maha kukutage. Mõne draivi puhul on vibratsiooniandur ülitundlik, reageerides vähimalegi vibratsioonile. Andurilt saadud andmed võimaldavad VCM-i kontrolleril peade liikumist korrigeerida. Sellistele ketastele on paigaldatud vähemalt kaks vibratsiooniandurit.

Plaadil on veel üks kaitseseade - Transient Voltage Suppression (TVS). See kaitseb plaati voolupingete eest. Toitetõusu ajal põleb TVS läbi, luues lühis maha. Sellel plaadil on kaks TVS, 5 ja 12 volti.

Vaatame nüüd HDA-d.

Plaadi all on kontaktid mootori ja peade jaoks. Lisaks on ketta korpusel väike, peaaegu nähtamatu auk (hingamisauk). See aitab rõhku tasakaalustada. Paljud inimesed usuvad, et kõvaketta sees on vaakum. Tegelikult pole see tõsi. See auk võimaldab kettal ühtlustada rõhku kaitsealal ja väljaspool seda. Seestpoolt on see auk kaetud õhufiltriga, mis püüab kinni tolmu ja niiskuse osakesed.

Nüüd heidame pilgu isoleeritud tsooni sisse. Eemaldage ketta kaas.

Kaas iseenesest pole midagi huvitavat. See on lihtsalt metallitükk, millel on tolmu eest kaitsmiseks kummitihend. Lõpuks vaatame isolatsioonitsooni täitmist.

Hinnaline teave salvestatakse metallketastele, mida nimetatakse ka taldrikuteks. Fotol näete ülemist pannkooki. Plaadid on valmistatud poleeritud alumiiniumist või klaasist ja kaetud mitme erineva koostisega kihiga, sealhulgas ferromagnetilise ainega, millele andmed tegelikult salvestatakse. Pannkookide vahel ja ka nende ülaosas näeme spetsiaalseid plaate, mida nimetatakse jagajateks või eraldajateks. Neid on vaja õhuvoolude ühtlustamiseks ja akustilise müra vähendamiseks. Reeglina on need valmistatud alumiiniumist või plastikust. Alumiiniumist separaatorid tulevad edukamalt toime kaitsevööndi õhu jahutamisega.

Pannkookide ja eraldajate külgvaade.

Lugemis-kirjutuspead (pead) on paigaldatud magnetpeakomplekti või HSA (Head Stack Assembly, HSA) sulgude otstesse. Parkimistsoon on ala, kus spindli peatamise korral peaksid olema terve ketta pead. Selle ketta jaoks asub parkimistsoon spindlile lähemal, nagu fotol näha.

Mõnel sõidul parkimine toimub spetsiaalsetel plastikust parkimisaladel, mis asuvad väljaspool plaate.

Kõvaketas on täppispositsioneerimismehhanism ja vajab korralikult töötamiseks väga puhast õhku. Kasutamise ajal võivad kõvaketta sisse tekkida mikroskoopilised metalli- ja rasvaosakesed. Plaadi sees oleva õhu koheseks puhastamiseks on olemas retsirkulatsioonifilter. See on kõrgtehnoloogiline seade, mis kogub ja püüab pidevalt pisikesi osakesi. Filter asub plaatide pöörlemisel tekkivate õhuvoolude teel.

Nüüd eemaldame ülemise magneti ja vaatame, mis on selle all peidus.

Kõvakettad kasutavad väga võimsaid neodüümmagneteid. Need magnetid on nii võimsad, et suudavad tõsta kuni 1300 korda oma raskust. Nii et ärge pange sõrme magneti ja metalli või mõne muu magneti vahele – löök on väga tundlik. Sellel fotol on kujutatud BMG piirajaid. Nende ülesanne on piirata peade liikumist, jättes need plaatide pinnale. BMG piirajad erinevad mudelid on kujundatud erinevalt, kuid neid on alati kaks, neid kasutatakse kõigil kaasaegsetel kõvakettad. Meie ajamil asub teine ​​piiraja alumisel magnetil.

Siin on see, mida saate seal näha.

Siin näeme ka häälemähist, mis on osa magnetpeakomplektist. Mähis ja magnetid moodustavad VCM-i ajami (Voice Coil Motor, VCM). Ajam ja magnetpeade plokk moodustavad positsioneerija (täiturmehhanismi) - seadme, mis liigutab päid. Keerulise kujuga musta plastosa nimetatakse täiturriiviks. See on kaitsemehhanism, mis vabastab BMG pärast spindli mootori jõudmist teatud arv p/min See juhtub õhuvoolu rõhu tõttu. Lukk kaitseb päid parkimisasendis soovimatute liigutuste eest.

Nüüd eemaldame magnetpeaploki.

BMG täpsust ja sujuvat liikumist toetab täppislaager. Alumiiniumisulamist valmistatud BMG suurimat osa nimetatakse tavaliselt kronsteiniks või klambriks (õlavarreks). Nookuri otsas on vedrustuspead (Heads Gimbal Assembly, HGA). Tavaliselt tarnitakse pead ja nookurid ise erinevad tootjad. Paindlik kaabel (Flexible Printed Circuit, FPC) läheb juhtplaadiga ühendatavale padjale.

Vaatame lähemalt BMG komponente.

Kaabliga ühendatud mähis.

Laager.

Järgmisel fotol on BMG kontaktid.

Tihend tagab ühenduse tiheduse. Seega pääseb õhk seadmesse ainult ketaste ja peadega läbi rõhu ühtlusava. Selle ketta kontaktid on juhtivuse parandamiseks kaetud õhukese kullakihiga.

See on klassikaline jalas disain.

Vedrurippude otstes olevaid väikeseid musti osi nimetatakse liuguriteks. Paljud allikad näitavad, et liugurid ja pead on samad. Tegelikult aitab liugur infot lugeda ja kirjutada, tõstes pea pannkookide pinnast kõrgemale. Tänapäevastel kõvaketastel liiguvad pead pannkookide pinnast 5-10 nanomeetri kaugusel. Võrdluseks, inimese juuksekarva läbimõõt on umbes 25 000 nanomeetrit. Kui mõni osake satub liuguri alla, võib see hõõrdumise ja rikke tõttu põhjustada peade ülekuumenemist, mistõttu on õhu puhtus kaitseala sees nii oluline. Lugemis- ja kirjutamiselemendid ise asuvad liuguri lõpus. Need on nii väikesed, et neid saab näha vaid hea mikroskoobiga.

Nagu näete, ei ole liuguri pind tasane, sellel on aerodünaamilised sooned. Need aitavad stabiliseerida liuguri lennukõrgust. Liuguri all olev õhk moodustab õhkpadja (Air Bearing Surface, ABS). Õhkpadi hoiab liuguri lendu peaaegu paralleelselt pannkoogi pinnaga.

Siin on veel üks pilt liugurist.

Peakontaktid on siin selgelt nähtavad.

See on veel üks oluline osa BMG-st, mida pole veel arutatud. Seda nimetatakse eelvõimendiks (eelvõimendi). Eelvõimendi on kiip, mis juhib päid ja võimendab nendesse või sealt tulevat signaali.

Eelvõimendi on paigutatud otse BMG-sse väga lihtsal põhjusel – peadest tulev signaal on väga nõrk. Peal kaasaegsed ajamid selle sagedus on umbes 1 GHz. Kui viia eelvõimendi hermeetilisest tsoonist väljapoole, siis selline nõrk signaal nõrgeneb oluliselt teel juhtpaneelile.

Eelvõimendist peadesse (paremal) viivaid radu on rohkem kui kaitsealasse (vasakul). Fakt on see, et kõvaketas ei saa korraga töötada rohkem kui ühe peaga (kirjutus- ja lugemiselemendi paar). Kõvaketas saadab signaale eelvõimendile ja see valib pea, kuhu suunata Sel hetkel kõvaketas pääseb juurde. Sellel kõvakettal on kuus rada, mis viivad iga pea juurde. Miks nii palju? Üks rada on lihvitud, veel kaks on lugemis- ja kirjutamiselementide jaoks. Järgmised kaks rada on mõeldud minidraivide, spetsiaalsete piesoelektriliste või magnetiliste seadmete juhtimiseks, mis võivad liugurit liigutada või pöörata. See aitab täpsemalt määrata peade asukohta raja kohal. Viimane tee viib kerise juurde. Soojendit kasutatakse peade lennukõrguse reguleerimiseks. Keris kannab soojust liugurit ja nookurit ühendavale vedrustusele. Vedrustus on valmistatud kahest sulamist, millel on erinevad omadused soojuspaisumine. Kuumutamisel paindub vedrustus pannkoogi pinna poole, vähendades nii pea lennukõrgust. Jahtudes kardaan sirgub.

Aitab peadest, võtame ketta edasi. Eemaldage ülemine eraldaja.

Selline ta välja näeb.

Järgmisel fotol näete kaitseala, mille ülemine eraldaja ja peaplokk on eemaldatud.

Alumine magnet tuli nähtavale.

Nüüd kinnitusrõngas (vaagnaklamber).

See rõngas hoiab plaatide plokki koos, takistades nende liikumist üksteise suhtes.

Pannkoogid on nööritud spindli rummule.

Nüüd, kui midagi ei hoia pannkooke, eemaldage ülemine pannkook. See on see, mis on all.

Nüüd on selge, kuidas peade jaoks ruumi luuakse - pannkookide vahel on vaherõngad. Fotol on teine ​​pannkook ja teine ​​eraldaja.

Vaherõngas on mittemagnetilisest sulamist või polümeeridest valmistatud ülitäpne osa. Võtame selle ära.

Hermeetilise ploki põhja kontrollimiseks võtame kõik muu plaadist välja.

Selline näeb välja rõhu tasandusava. See asub otse õhufiltri all. Vaatame filtrit lähemalt.

Kuna väljast tulev õhk sisaldab tingimata tolmu, on filtril mitu kihti. See on palju paksem kui tsirkulatsioonifilter. Mõnikord sisaldab see õhuniiskuse vastu võitlemiseks silikageeli osakesi.

Vene ja inglise terminoloogia seost selgitas Leonid Voržev.

Enamik kasutajaid, kui neilt küsitakse, mis nendes on süsteemiplokk, muu hulgas mainivad nad kõvaketast. Kõvaketas on seade, kuhu teie andmeid kõige sagedamini salvestatakse. On legend, mis selgitab, miks kõvakettad seal oli selline väljamõeldud nimi. Esiteks HDD, mis ilmus Ameerikas 70ndate alguses, mahutas igaühe kohta 30 MB teavet tööpind. Samal ajal oli Ameerikas laialt tuntud O. F. Winchesteri korduspüssi kaliiber 0,30; Võib-olla mürises esimene kõvaketas töö ajal nagu kuulipilduja või lõhnas püssirohu järele - ma ei tea, aga sellest ajast peale hakati seda kutsuma kõvakettad kõvakettad.

Arvuti töötamise ajal ilmnevad talitlushäired. Viirused, elektrikatkestused, tarkvara vead- kõik see võib kahjustada kõvakettale salvestatud teavet. Teabe kahjustamine ei tähenda alati selle kadumist, seega on kasulik teada, kuidas see kõvakettale salvestatakse, sest siis saab seda taastada. Siis näiteks viiruse kahjustuse korral saapaala, pole üldse vaja kogu ketast vormindada (!), vaid pärast kahjustatud ruumi taastamist jätkake tavaline töö koos kõigi teie hindamatute andmete säilitamisega.

Ühest küljest seadsin selle artikli kirjutamise käigus endale ülesandeks öelda teile:

1. kõvakettale teabe salvestamise põhimõtete kohta;
2. operatsioonisüsteemi paigutuse ja laadimise kohta;
3. kuidas oma targalt jagada uus kõvaketas partitsioonidesse, et kasutada mitut operatsioonisüsteemi.

Teisest küljest tahan ma lugeja ette valmistada teiseks artikliks, milles räägin programmidest, mida nimetatakse alglaadimishalduriteks. Et mõista, kuidas need programmid töötavad, peavad teil olema põhiteadmised selliste asjade kohta nagu MBR, partitsioonid jne.

Piisav levinud sõnad- alustame.

2. Kõvaketta seade

Kõvaketas (HDD - Kõvaketas Drive) on konstrueeritud järgmiselt: elektrimootoriga ühendatud spindlil on mitmest kettast (pannkoogist) koosnev plokk, mille pealispinna kohal on pead info lugemiseks/kirjutamiseks. Pead on tiivakujulised ja kinnitatud poolkuukujulise jalutusrihma külge. Töötamise ajal "lendavad" üle ketaste pinna õhuvoolus, mis tekib samade ketaste pöörlemisel. Ilmselgelt sõltub tõstejõud peadele avaldatavast õhurõhust. See omakorda oleneb välisest atmosfääri rõhk. Seetõttu märgivad mõned tootjad oma seadmete spetsifikatsioonides maksimaalse töölagi (näiteks 3000 m). Miks mitte lennuk? Ketas on jagatud radadeks (või radadeks), mis omakorda jagunevad sektoriteks. Kaks rööbastee, mis asuvad keskelt võrdsel kaugusel, kuid asuvad ketta vastaskülgedel, nimetatakse silindriteks.

3. Teabe säilitamine

Kõvaketas, nagu iga teine ​​plokkseade, salvestab teabe fikseeritud osadena, mida nimetatakse plokkideks. Plokk on väikseim andmeosa, millel on kõvakettal kordumatu aadress. Et lugeda või kirjutada vajalikku teavetõigesse kohta, peate sisestama ploki aadressi kui käsu parameeter, välja antud kõvaketta kontrollerile. Ploki suurus on pikka aega olnud kõigi kõvaketaste standardne - 512 baiti.

Kahjuks on üsna sageli segaduses sellised mõisted nagu "sektor", "klaster" ja "plokk". Tegelikult pole "plokil" ja "sektoril" vahet. Tõsi, üks mõiste on loogiline ja teine ​​topoloogiline. "Kobar" on mitu sektorit, mida operatsioonisüsteem peab üheks tervikuks. Miks te ei jätnud ära lihtsat tööd sektoritega? ma vastan. Kolimine klastritesse toimus seetõttu, et FAT-tabeli suurus oli piiratud ja ketta maht suurenes. FAT16 puhul on 512 MB ketta puhul klastri suurus 8 KB, kuni 1 GB - 16 KB, kuni 2 GB - 32 KB ja nii edasi.

Andmeploki kordumatuks adresseerimiseks peate määrama kõik kolm numbrit (silindri number, raja number, pea number). See ketta adresseerimise meetod oli laialt levinud ja hiljem tähistati seda lühendiga CHS (silinder, pea, sektor). Just seda meetodit rakendati algselt BIOS-is, nii et hiljem tekkisid sellega seotud piirangud. Fakt on see, et BIOS on määratlenud 63 sektorist, 1024 silindrist ja 255 peast koosneva biti aadressivõrgustiku. Küll aga piirdus kõvaketaste arendus tollal tootmise keerukuse tõttu vaid 16 pea kasutamisega. Siin tekkis esimene piirang adresseerimiseks lubatud maksimumile. kõva võimsus ketas: 1024*16*63*512 = 504Mb.

Aja jooksul hakkasid tootjad tootma suuremaid kõvakettaid. Sellest lähtuvalt ületas nende silindrite arv 1024, mis on maksimaalne lubatud silindrite arv (vaatepunktist vana BIOS). Plaadi adresseeritav osa oli aga jätkuvalt 504 MB, eeldusel, et kettale pääseti ligi BIOS-i abil. See piirang eemaldati lõpuks nn aadressi tõlkimise mehhanismi kasutuselevõtuga, mida käsitletakse allpool.

Probleemid, mis tekkisid BIOS-i piirangutega seoses ketaste füüsilise geomeetriaga, viisid lõpuks uue viisini ketta plokkide adresseerimiseks. See meetod on üsna lihtne. Kettal olevaid plokke kirjeldab üks parameeter - ploki lineaarne aadress. Ketta adresseerimine sai lineaarselt lühendi LBA (logical block addressing). Ploki lineaarne aadress on unikaalselt seotud selle CHS-aadressiga:

lba = (süül*HEAD + pea)*SEKTORID + (sektor-1);

Lineaarse adresseerimise toe kasutuselevõtt aastal kõvad kontrollerid kettad võimaldasid BIOS-il teha aadresside tõlkimise. Selle meetodi olemus seisneb selles, et kui suurendate ülaltoodud valemis parameetrit HEADS, on sama arvu kettaplokkide käsitlemiseks vaja vähem silindreid Vajalik on aga ainult 16 pead 255-st. Seetõttu hakkasid BIOS-id üleliigseid silindreid kandma, vähendades teiste arvu. See võimaldas neil kasutada kogu peade tühjendusvõrku. See tõstis BIOS-i adresseeritava kettaruumi piiri 8 GB-ni.

Suure režiimi kohta on võimatu paar sõna öelda. See töörežiim on ette nähtud tööta kõvasti kettad kuni 1 GB. Suures režiimis suureneb loogiliste peade arv 32-ni ja loogiliste silindrite arv väheneb poole võrra. Sellisel juhul tõlgitakse juurdepääsud loogilistele peadele 0..F paaris füüsilisteks silindriteks ja juurdepääsud peadele 10..1F paarituteks. LBA-režiimis partitsioonitud kõvaketas ei ühildu režiimiga Large ja vastupidi.

Adresseeritava ketta mahu edasine suurendamine varasemate BIOS-i teenuste abil on muutunud põhimõtteliselt võimatuks. Tõepoolest, kõiki parameetreid kasutatakse maksimaalsel ribal (63 sektorit, 1024 silindrit ja 255 pead). Seejärel töötati välja uus laiendatud BIOS-i liides, võttes arvesse väga suurte plokiaadresside võimalust. See liides aga ei ühildu enam vanaga, mistõttu vanemad operatsioonisüsteemid, näiteks DOS, mis kasutavad vanu BIOS-i liideseid, ei suutnud ega suuda ületada 8GB piiri. Peaaegu kõik kaasaegsed süsteemid ei kasuta enam BIOS-i, vaid kasutavad ketastega töötamiseks oma draivereid see piirang ei kehti nende kohta. Kuid peaksite mõistma, et enne, kui süsteem saab oma draiverit kasutada, peab see selle vähemalt laadima. Seetõttu laval bootstrap mis tahes süsteem on sunnitud kasutama BIOS-i. See põhjustab piiranguid paljude süsteemide paigutamisel väljaspool 8 GB, kuid nad saavad teavet lugeda ja kirjutada (näiteks DOS, mis töötab kettaga BIOS-i kaudu).

4. Sektsioonid või vaheseinad

Pöördume nüüd operatsioonisüsteemide kõvaketastele paigutamise juurde. Süsteemide korrastamiseks jagatakse plokkide kettaaadressiruum osadeks, mida nimetatakse partitsioonideks. Sektsioonid on täpselt nagu terve ketas, kuna need koosnevad külgnevatest plokkidest. Tänu sellele organisatsioonile piisab jaotise kirjeldamiseks jaotise alguse ja pikkuse märkimisest plokkides. Kõvaketas võib sisaldada nelja peamist partitsiooni.

Kui arvuti käivitub, laadib BIOS peasektsiooni esimese sektori ( alglaadimissektor) aadressil 0000h:7C00h ja annab juhtimise üle sellele. Selle sektori alguses on alglaadur (boot code), mis loeb partitsioonitabelit ja määrab alglaaditava partitsiooni (aktiivne). Ja siis kõik kordub. See tähendab, et see laadib selle partitsiooni alglaadimissektori samale aadressile ja annab sellele uuesti juhtimise üle.

Sektsioonid on mahutid kogu nende sisu jaoks. See sisu on tavaliselt failisüsteem. Under failisüsteem Ketta seisukohalt viitab see failide salvestamiseks mõeldud plokkide märgistamise süsteemile. Kui partitsioonile on loodud failisüsteem ja sellel asuvad operatsioonisüsteemi failid, võib partitsioon muutuda buutitavaks. Alglaaditava partitsiooni esimeses plokis on väike programm, mis laadib operatsioonisüsteemi. Kuid konkreetse süsteemi käivitamiseks peate selle selgesõnaliselt käivitama alglaadimisprogramm esimesest plokist. Kuidas see juhtub, arutatakse allpool.

Failisüsteemidega partitsioonid ei tohiks kattuda. Selle põhjuseks on asjaolu, et kahel erineval failisüsteemil on mõlemal oma ettekujutus failide paigutusest, kuid kui see paigutus langeb samale füüsiline asukoht kettal tekib failisüsteemide vahel konflikt. See konflikt ei teki kohe, vaid alles siis, kui failid hakkavad asuma ketta kohta, kus partitsioonid ristuvad. Seetõttu peaksite ketta partitsioonideks jagamisel olema ettevaatlik.

Lõikude ristumiskoht iseenesest ei ole ohtlik. Mitme failisüsteemi paigutamine kattuvatele partitsioonidele on ohtlik. Ketta sektsioonide eraldamine ei tähenda failisüsteemide loomist. Kuid juba katse luua tühi failisüsteem (st vormindamine) ühes ristuvas partitsioonis võib põhjustada tõrkeid teise partitsiooni failisüsteemis. Kõik ülaltoodu kehtib võrdselt kõigi operatsioonisüsteemide ja mitte ainult kõige populaarsemate operatsioonisüsteemide kohta.

Ketas on jagatud partitsioonideks programmiliselt. See tähendab, et saate luua suvalise partitsiooni konfiguratsiooni. Ketta jaotamise teave salvestatakse kõvaketta kõige esimesse plokki, mida nimetatakse peaplokiks. alglaadimise rekord(Master Boot Record (MBR)).

5.MBR

MBR on BIOS-i toetatud esmane kõvaketta alglaadimisvõimalus. Selguse huvides esitame alglaadimisala sisu diagrammi kujul:

Kõik, mis asub nihkes 01BEh-01FDh, nimetatakse partitsioonitabeliks. Näete, et sellel on neli sektsiooni. Ainult ühel neljast partitsioonist on õigus olla aktiivseks märgitud, mis tähendab, et alglaadimisprogramm peab laadima mällu selle partitsiooni esimese sektori ja edastama sinna juhtimise. MBR-i kaks viimast baiti peavad sisaldama arvu 0xAA55. Selle allkirja olemasolu põhjal kontrollib BIOS, et esimene plokk laaditi edukalt. Seda allkirja ei valitud juhuslikult. Selle edukas testimine teeb kindlaks, et kõik andmeliinid võivad kanda nii nulle kui ka ühtesid.

Alglaadimisprogramm vaatab partitsioonitabeli läbi, valib aktiivse, laadib selle partitsiooni esimese ploki ja annab sinna juhtimise üle.

Vaatame, kuidas jaotise deskriptor töötab:

* 0001h-0003h lõigu algus
** 0005h-0007h lõigu lõpp

Kettapartitsioonide seisukohalt on MS-DOS olnud ja jääb kuni viimase ajani kõige populaarsemaks. See võtab üle kaks neljast partitsioonist: esmane DOS-i partitsioon, laiendatud DOS-i partitsioon. Esimene neist (esmane) on tavaline DOS-draiv C:. Teine on loogiliste draivide konteiner. Nad kõik ripuvad seal alajaotuste ahela kujul, mida nimetatakse: D:, E:, ... Loogilised ajamid võib sisaldada ka muid võõraid failisüsteeme peale failisüsteemi DOS süsteemid. Reeglina on failisüsteemi võõrapärasus aga tingitud mõne teise operatsioonisüsteemi olemasolust, mis üldiselt tuleks paigutada oma partitsioonile (mitte laiendatud DOS-ile), kuid partitsioonitabel on sageli sellise jaoks liiga väike. trikid.

Märgime veel ühte olulist asjaolu. Kui sees puhas kõva Ketas paigaldatakse DOS-iga, siis laadimisel pole operatsioonisüsteemide valikul alternatiive. Seetõttu näeb alglaadur välja väga primitiivne, see ei pea kasutajalt küsima, millist süsteemi ta käivitada soovib. Soovides omada mitut süsteemi korraga, on vaja luua programm, mis võimaldab valida käivitatava süsteemi.

6. Järeldus

Loodan, et suutsin teile anda piisavalt selget ja üksikasjalikku põhiteavet kõva seade ketas, MBR ja PT. Minu arvates on selline teadmiste kogum teabesalvestuse väiksemateks "parandusteks" täiesti piisav. Järgmises artiklis räägin teile programmidest nimega Boot Manager ja nende tööpõhimõtetest.

Suur tänu abi eest Vladimir Daševski

Kõvaketas on arvuti üks keerukamaid komponente, kuigi selle tööpõhimõte on üsna lihtne: kontsentrilised rajad on kirjutatud pöörlevatele plaatidele, mis on kaetud magnetkihiga. Raskused tekivad siis, kui põhimõte tööta kõvasti ketas on realiseeritud peopesa suuruses seadmes, mis salvestab gigabaite andmeid ja võib töötada pidevalt aastaid.

Hermoblokk

Hermoblokk on kaasaegse kõvaketta põhikomponent. See on massiivne ja jäik valatud alus, millele on kinnitatud spindel koos plaatide paketiga ja peade plokiga. Alus on suletud suletud kaanega. Tavaliselt räägivad raamatud üksikasjalikult mootorite ja ajamite konstruktsioonist, peade tüüpidest ja konstruktsioonidest jne. Kuid niipea, kui kasutaja avab iseseisvalt HDA (joonis 2.1), muutub kõvaketas tööks sobimatuks. Enamiku teeninduskeskuste töö viib sama tulemuseni.

Riis. 2.1. HVAC seade eemaldatud kaanega

Ajamikorpuse sees pöörleb tohutu kiirusega alumiiniumsulamist plaatide pakett, mis paiknevad üksteise kohal. Pakend on kinnitatud mootori spindlile. Plaadid on kaetud mitme mikroni paksuse magnetmaterjali kihiga. Pead liiguvad üle vahvli pinna, kusjuures vahe vahvli pinna ja peade vahel on vaid umbes 0,05 mikronit. See on palju väiksem kui õhus lendlevate väikseimate tolmuosakeste suurus. Kõikide pilusse sattunud osakeste abrasiivne toime on selline, et pea puruneb pärast mitukümmend kokkupõrget täielikult ja iga kokkupõrke korral tekivad plaadi pinnale magnetkihi defektid. Magnetkihi hävimine on laviinitaoline protsess. Katte defekt kasvab kiiresti ning lendlevad osakesed tekitavad uusi löökauke ja laaste. Kodus HDA avamise tulemusena võib kõvaketas pärast mõnekümneminutilist töötamist muutuda peaaegu loetamatuks.

Kõik hermeetilise üksuse avamisega seotud manipulatsioonid nõuavad erakordset puhtust ja on kodus praktiliselt mõttetud. See raamat on mõeldud peamiselt neile, kes soovivad kätt proovida andmete taastamises, seega räägime siin tööriistadest, mis tegelikult taskukohased kodud või normaalses teeninduskeskus. Spetsiaalset professionaalset varustust käsitletakse lühidalt selle peatüki jaotises "Raskekahurvägi".

Elektroonikaplaat

Elektroonikaplaati nimetatakse mõnikord kontrolleriplaadiks. HDA alla on lisatud kaasaegne kõvaketas trükkplaat, kus peaaegu kõik asuvad elektroonilised vooluringid kõvaketas (joonis 2.2). Erandiks on miniatuurne eelvõimendi, mis on paigaldatud otse HDA sees olevale peaseadmele.

Riis. 2.2. Kõvaketta elektroonikaplaat

Liidese ja toitepistikud ning hüppaja lülitid asuvad plaadi otsas. Tahvlil on vähemalt neli komponenti.

Skeemid spindli ajamite juhtimiseks ja peaploki positsioneerimiseks.

Kõvaketta peamine mikroprotsessor, mis tagab kogu töötlemise ja andmeedastuse välise liidese ja peaseadme vahel. Selle sees eristatakse tavaliselt:

Digitaalne signaaliprotsessor(digitaalne signaaliprotsessor - DSP), vastutab kõvakettale teabe lugemise ja kirjutamise eest;

Liidese ahelad, mis toetavad andmevahetust välise liidese kaudu - SATA või IDE.

Vahemälu kiip.

Välkmälukiip (Flash-ROM, ROM), mis salvestab kõvaketta mikroprogrammi (püsivara).

Lisaks loetletud komponentidele on plaadil analoograadiokomponendid: kondensaatorid, takistid, pooljuhtkaitsmed. Vaatamata sellele, et me räägime sageli elektroonikaplaatide parandamisest, vahetatakse praktikas plaadid välja enamasti täielikult. Muidugi on takisti või kaitsme uuesti jootmine lihtne, kuid need ebaõnnestuvad harva. Ja vajalikke mikroskeeme, mis palju sagedamini ebaõnnestuvad, pole lihtne leida. Kuna need kiibid on toodetud all teatud mudelid või draivi seeriat, võib neid leida ainult samal plaadil. Lisaks on igal kõvaketaste seerial tavaliselt oma spetsiifilised vead ja samad osad põlevad plaatidel läbi. Vigaselt kõvakettalt pärit tahvel pole tõenäoliselt kasulik. Seetõttu on asendamiseks vaja täielikult töötavat plaati.

Plaat on ühendatud HDA-ga ühe või kahe pistikuga. Kontakti kaotus nendes lamedates pistikutes ilmneb väliselt kõvaketta rikkena.

Geomeetria ja adresseerimine

Ketta sees on tavaliselt terve pakk plaate, mis asetsevad üksteise kohal, nii et roomikuid võib pidada silindriks (Cylinder - C). Iga plaadi mõlema külje pinda teenindab eraldi pea (Head -H). Iga ketta saab jagada sektoriteks (Sector - S). Seega, kui kujutada ette, et ühes sektoris on salvestatud üks andmeplokk, saab seda plokki alati tähistada kolme “aadressi” kombinatsiooniga: silindri number, pea number ja sektori number – lühendatult CHS (joonis 2.3). Konkreetse andmeploki lugemiseks või kirjutamiseks piisab, kui öelda kõvaketta kontrollerile need kolm väärtust - pead liiguvad soovitud silindrisse ja kui vajalik sektor on nende all, loeb või kirjutab konkreetne pea teave. BIOS-ile teatamiseks kõva suurus kettale ja kuidas sellele juurde pääseda, piisab, kui anda ainult kolm väärtust: silindrite, peade ja sektorite arv sellel kettal. Iga sektori suurus on alati sama: 512 baiti. Seda adresseerimist nimetatakse CHS-aadressiks. See on vanim, standardne ja universaalne. Seda nimetatakse ka kõvaketta geomeetriaks.

Riis. 2.3. Silindrid, pead ja sektorid

Kõvaketaste kasutamise alguses piirdus nende maht kümnete megabaitidega, seega räägiti tõesti päris füüsilistest radadest (silindritest), peadest ja sektoritest. Aja jooksul on igal taldrikul salvestustihedus kordades kasvanud ja kõvaketta kontrollerid on õppinud neid parameetreid ümber arvutama ja esitama BIOS-ile täiesti suvalise kettakonfiguratsiooni, kus näiteks päid on neli korda rohkem ja silindreid neli korda vähem. kui neid tegelikult on. Kõigi kolme suuruse korrutis jääb alati selliseks, nagu see tegelikkuses on. Põhjus, mis sundis meid tegelikust füüsilisest geomeetriast eemalduma, oli arengulugu arvutiseadmed. Kõvaketaste tootjad edestasid mõnikord oma arendustes emaplaatide IDE ja BIOS-i kontrollerite loojaid ja mõnikord vastupidi. Ühilduvuse ja kompromisside otsimine on viinud selleni, et tänapäeval ei vasta kõvaketta kuvatav silindrite, peade ja sektorite arv kuidagi HDA tegelikule disainile. Tänapäevaste ketaste puhul võib isegi sektorite arv olla muutuv. Ketta keskkohale lähemal asuvad rajad jagatakse väiksemateks ja perifeerias asuvad rajad väiksemateks. suur kogus sektorites.

ECHS (Extended CHS) adresseerimine ehk Large on CHS-aadressi edasiarendus. Muidu nimetatakse seda fiktiivseks adresseerimiseks – silindrite, peade arv

Warojavo 43 kettad

ja sektorid määrab kõvaketta tootja täiesti meelevaldselt ja salvestab need CMOS-kontrollerisse.

Koos kolmemõõtmelise CHS-aadressiga leiutati ka loogiliste plokkide adresseerimine LB A – Logical Block Address. Ühest küljest loetakse seda tüüpi adresseerimisega andmeid mitmest sektorist koosnevates loogilistes plokkides. Sellest lähtuvalt muudetakse silindrite arv tegelikust väiksemaks ja peade arv suuremaks. Teisest küljest on see adresseerimine lineaarne: iga loogiline plokk on määratud seerianumber L.B.A. Nulliks loetakse plokk, mis algab nullsilindri nullpea esimesest sektorist. Järgmisena määratakse plokkide numbrid järgmise valemiga:

LBA = (CYL. HDS + HD) SPT + SEC – 1,

kus CYL, HD, SEC on silindri, pea ja sektori numbrid CHS-ruumis; HDS - peade arv; SPT – sektorite arv rajal.

MÄRGE

Plokid, silindrid ja rajad nummerdatakse nullist ning sektorid - esimesest numbrist. See nummerdamine arenes aoraalselt.

Kaasaegsed kõvakettad toetavad reeglina kõiki kolme adresseerimistüüpi ja kasutatava tüübi valik on teie otsustada. Emaplaadi BIOS tasud. Kui BIOS-i sätetes on valitud üks adresseerimistüüpidest, esitatakse kõvaketas sisemise töötlemise ja andmete teisendamise tõttu kontrollerile täpselt sel viisil. Kui võtta sama ketta kolm võimalikku konfiguratsiooni, saame veenduda, et toode CxHxS jääb kõigil kolmel juhul praktiliselt muutumatuks ja korrutatuna sektori suurusega (512 baiti) on see täpselt kõvaketta mahutavus.

Tuleb meeles pidada, et ei peade arv ega number füüsilised sektorid HDA sees olevatel “pannkookidel” ühe või teise aadressi valik ei muutu. Kõvaketta elektroonika (selle mikroprogramm) “loob” olematud pead ja vastavalt “asendab” neile sektoreid ja silindreid. Seda protsessi nimetatakse aadressi tõlkimiseks ja tõlketabel salvestatakse tavaliselt elektroonikaplaadi välkmällu, kuid seda saab kirjutada ka peidetud teenindusradadele.

Kui palute kontrolleril automaatselt adresseerimistüüpi valida, valib see CHS - universaalne adresseerimine. Kui, nagu varem mainitud, lubate BIOS-il sätteid automaatselt valida (automaatne), siis kõvaketaste adresseerimine toimub reeglina CHS-is.

Radade ja sektorite organiseerimine

Tegelikkuses on kõvakettaplaatide andmed korraldatud üsna keeruliselt. Ainult kontroller ja kõvaketta püsivara teavad oma tegelikku asukohta. Siiani kõik toimib, läbi kõva liides ketast vaadeldakse kui standardset plokkide või sektorite maatriksit. Peade rikke korral hävivad mõned plaatide alad jne. Seetõttu saab andmeid ainult lugeda tavalisi vahendeid selline kõvaketas. Tootjate spetsialistid tunnistavad ise, et kõik arutelud korpusest eemaldatud plaatide skaneerimise ja jääkmagnetiseerimise lugemise teemal osutuvad asjatuks. Isegi andmete kõvakettale salvestamise teooria jätab ruumi ebakindlusele.

Plaatide pinnale on üsna jäigalt kirjas ainult servoinfo. Need on magnetmärgid ja koodid, mis näitavad radade ja sektorite asukohta. Tänu neile asetsevad pead plaatide suhtes ja leiavad soovitud rajad ja sektorid. Servosildid kirjutatakse tootmisprotsessi käigus spetsiaalsete seadmete abil peaaegu valmis kõvakettale, pärast mida ei saa neid kustutada ega muuta.

Iga sektori kogumaht on 571 baiti. Neist 512 baiti on mõeldud andmete salvestamiseks ja 59 baiti sisaldavad teenuseinfot sisemise sektorinumbri kohta, kontrollsummad jne See teave salvestatakse, kui madala taseme vormindamine Ketas on endiselt tehases ja juurdepääs sellele liidese kaudu on äärmiselt piiratud.

Vahvlite valmistamisel lubatakse neil eelnevalt olla väike arv defektseid alasid, vastasel juhul väheneb järsult tootmise kasumlikkus. Loomulikult on lubatud defektide olemus ja levimus rangelt reguleeritud. Lisaks on taldrikutel, millele on märgitud rajad ja sektorid, suurem maht, kui kettapassis märgitud. Seda varumahtu kasutatakse osaliselt hooldusteabe salvestamiseks ning osaliselt defektsete ja asendamiseks halvad sektorid. Pärast kokkupanekut kontrollitakse uuesti ketaste pinda ja kirjutatakse elektroonikaplaadi ROM-ile vigaste sektorite asukoha kaart ehk ümberjaotamise tabel.

Ümberkaardistamise protsess taandub sellele, et millal operatsioonisüsteem väljastab infopäringu, mis asub vigase sektori aadressil, kettakontroller suunab päringu vaikselt ühte varusektorisse. Kontroller uuendab pidevalt defektikaarti, lisades sellele iga uue tuvastatud defekti. halb sektor. IN kaasaegsed kõvakettadÜmbervastestamise tabelit saab osaliselt salvestada välkmällu ja osaliselt kirjutada ketta enda teenindusradadele. Tegelikult kasutab kontroller kettale juurdepääsul tabelit, mis koosneb kahest osast. Esimene on aadresside tõlkimine, teine ​​selle operatiivsed täpsustused, ümbermääramine. Kõik see juhtub edasi riistvara tase ja sellel pole midagi pistmist vormindamise, partitsioonide ega failisüsteemiga. Halvad sektorid on liidese kaudu täiesti nähtamatud.

Praktiline järeldus kõigest ülaltoodust puudutab kõvaketta elektroonika parandamise ja asendamise juhtumeid. Kõrval üldreegel, saate plaadi asendada ainult sama mudeli ja seeria kõvaketta plaadiga (mudel, ID ja osa nr). Kogu vormingu teave salvestatakse HDA-sse ja pärast plaadi vahetamist peaks see olema edukalt lugenud. Pärast plaadi asendamist sellele paigaldatud ROM-iga saab sektorite ümberjaotamise tabelit ümber ehitada või täiendada.

Kõvaketas on andmekandja, mis sisaldab kõiki teie arvutis olevaid faile ja dokumente. Vältima võimalikud kaotused oluline teave, peate sellega töötama eriti hoolikalt. Muidugi on hädaolukorras võimalik andmeid taastada, kuid parem on mitte lasta sellel juhtuda.

Kõvaketas

Kõvaketast nimetatakse ka HDD(Raske Kettadraiv) või kõvaketast. Allpool vaatleme seadet, selle põhikomponentide nime ja kirjeldust. Võtame näiteks 3,5-tollise SATA-draivi.

Rohelisel PCB-l, millel on toitepistikud, vaskradu ja SATA, on nimi, mis kõlab nagu juht- või elektroonikaplaat. Seda kasutatakse kontrollimiseks kõvaketas. Alumiiniumist korpus on must ja kogu selle sisu on nn. HDA seade.

Esiteks eemaldame tahvli, et uurida siin asuvaid komponente. Keskel asuv suur kiip on protsessor või mikrokontroller. Kõikidel kaasaegsetel kõvaketastel on mikrokontroller, mis koosneb kahest osast, nimelt keskprotsessorist, mis teeb kõik arvutused, ja kirjutus-/lugemiskanalist, mis muundab lugemisel peadest tuleva analoogsignaali digitaalseks. Pealegi, see seade kodeerib digitaalsed andmed salvestamisel analoogsignaaliks.

Mälukiip on tavaline DDR SDRAM-mälu. Selle mahu määrab kõvaketta vahemälu suurus. Teine kiip on pea ja mootori juhtkontroller, või nagu seda nimetatakse ka "keeramiseks". See kiip juhib ka plaadil asuvaid sekundaarseid toiteallikaid, mis toidavad eelvõimendi-lüliti kiipi ja protsessorit. Pärast kettale toite andmist hakkab mikrokontroller mälukiibi sisu mällu laadima ja käivitab koodi. Kui kood on valesti laaditud, siis ketas ei pöörle. Mälukiibi puudumine plaadil tähendab, et see on protsessorisse sisse ehitatud.

Vibratsiooniandur teavitab VCM-i kontrollerit ajamile ohtlikust vibratsioonist. Pärast mida kontroller pargib pead ja peatab ketta pöörlemise. See mehhanism mõeldud plaadi kaitsmiseks kahjustuste eest, kuid reeglina see ei aita, seega pole plaatide mahaviskamine soovitatav. Mõned ajamid on varustatud kõrgendatud tundlikkusega vibratsioonianduritega, nii et need reageerivad vähimalegi vibratsioonile. Üks veel kaitseseade Plaadil on üleminekupinge piiraja, mis kaitseb voolupingete eest. Tugeva pingetõusu korral põleb piiraja läbi ja tekitab lühise.

Järgmisena vaatame HDA-d. Pea ja mootori kontaktid asuvad plaadi all. Lisaks on ketta korpusel vaevumärgatav auk, mis ühtlustab survet. Mõned inimesed arvavad, et kõvaketta sees on vaakum, kuid see pole tõsi. Seda auku kasutades võrdsustatakse rõhk kaitsetsoonist väljas ja sees. Peal sees Aukus on filter, mis püüab kinni niiskuse ja tolmuosakesed.

Hermeetilise tsooni sisse vaatamiseks peate eemaldama ketta katte. Kogu teave on salvestatud metallplaatidele, mida nimetatakse ka pannkookideks. Need plaadid on valmistatud klaasist või poleeritud alumiiniumist ja seejärel kaetud mitme erineva koostisega kihiga. Kõik meie andmed on talletatud ferromagnetilises kihis. Pannkookide vahel on separaatorid ehk separaatorid, mis ühtlustavad õhuvoolu ja vähendavad akustilist müra. Lugemis-kirjutuspead on paigaldatud BMG-klambrite (magnetpeakomplekti) otstesse.

Kõvaketta töötamiseks on vaja väga puhast õhku. Aja jooksul võivad ketta sisse ilmuda mikroskoopilised määrdeaine ja metalli osakesed, nii et kiire puhastus siin on tsirkulatsioonifilter. See seade püüab pidevalt kinni ja kogub pisikesi osakesi. See filter asub plaatide pöörlemisel tekkivate õhuvoolude teel.

Kõvakettad sisaldavad võimsaid neodüümmagneteid, mis suudavad tõsta tuhat kolmsada korda oma raskust.

Mähis on osa magnetpeakomplektist. Koos magnetitega moodustavad need BMG-ajami. Ajam ja plokk moodustavad omakorda asendiregulaatori, mis liigutab päid. Kaitsemehhanism, mis vabastab magnetpeade ploki pärast seda, kui spindli mootor on saavutanud vajaliku pöörete arvu, nimetatakse riiviks. See on üsna keerulise kujuga plastosa. BMG liikumise sujuvust ja täpsust toetavad täppislaagrid. Suurimat osa plokis nimetatakse kronsteiniks või nookuriks, mille otsas asuvad pead. Ühenduse tiheduse tagab tihend, mille tõttu siseneb õhk peade ja ketastega plokki ainult läbi spetsiaalse rõhku ühtlustava ava.

Liugurid on väikesed mustad osad, mis asuvad vedruriidete otstes. Mõned inimesed arvavad, et pead ja liugurid on sama asi. Kuid tegelikult aitavad liugurid teil teavet kirjutada ja lugeda, tõstes pea pannkookide kohale. Pea edasi kaasaegne kõva kettad liiguvad umbes kümne nanomeetri kaugusel pannkookide pinnast, mis on umbes kaks ja pool tuhat korda vähem kui juuksekarva läbimõõt. Liugurite pinnal on aerodünaamilised sooned, mis stabiliseerivad selle lennukõrgust.

Teine oluline BMG osa on eelvõimendi. See on kiip, mis juhib päid ja võimendab sissetulevaid signaale. Eelvõimendi asub otse BMG-s, kuna peadest tulev signaal on väga nõrk ja kui eelvõimendi asub väljaspool hermeetilist tsooni, muutub signaal teel juhtpaneelile veelgi nõrgemaks.

Enamik eelvõimendi radadest viib peadesse, mitte suletud piirkonda. Seda seetõttu, et kõvaketas saab korraga töötada ainult ühe peaga, seega saadab see signaale eelvõimendisse, mis valib vajaliku pea. Peade ruum luuakse plaatide vahel asuvate vaherõngaste abil. Vaherõngas on ülitäpne osa, mis on valmistatud polümeeridest või mittemagnetilisest sulamist.

See on kõik! Loodame, et see teave aitas teil mõista, mis on kõvaketas ja kuidas see töötab.