Apparaat met harde schijf

Artjom Rubtsov,R.LAB Het verband tussen Russische en Engelse terminologie werd verduidelijkt door Leonid Vorzjev.

Het doel van dit artikel is om de structuur van een moderne harde schijf te beschrijven, over de belangrijkste componenten te praten, te laten zien hoe ze eruitzien en worden genoemd. Daarnaast zullen we de relatie laten zien tussen Russische en Engelse terminologieën die de componenten van harde schijven beschrijven.

Laten we voor de duidelijkheid eens kijken naar een 3,5-inch SATA-schijf. Dit wordt een compleet nieuwe Seagate ST31000333AS terabyte. Laten we onze cavia onderzoeken.

De groene printplaat met koperen sporen, stroom- en SATA-connectoren wordt een elektronicabord of besturingsbord (Printed Circuit Board, PCB) genoemd. Het wordt gebruikt om de werking van de harde schijf te regelen. De zwarte aluminium behuizing en de inhoud ervan worden een HDA genoemd (Head and Disk Assembly, HDA-experts noemen het ook een ‘blikje’). De behuizing zelf zonder inhoud wordt ook wel een hermetisch blok (basis) genoemd.

Laten we nu de printplaat verwijderen en de erop geplaatste componenten onderzoeken.

Het eerste dat opvalt is de grote chip in het midden: de microcontroller of processor (Micro Controller Unit, MCU). Op moderne harde schijven bestaat de microcontroller uit twee delen: de centrale processoreenheid (CPU), die alle berekeningen uitvoert, en het lees-/schrijfkanaal - een speciaal apparaat dat het analoge signaal dat uit de hoofden komt tijdens het lezen omzet in digitale gegevens. werking en codeert digitale gegevens tijdens het schrijven in een analoog signaal. De processor beschikt over invoer-/uitvoerpoorten (IO-poorten) voor het aansturen van andere componenten op de printplaat en voor het verzenden van gegevens via de SATA-interface.

De geheugenchip is een regulier DDR SDRAM-geheugen. De hoeveelheid geheugen bepaalt de grootte van de cache van de harde schijf. Op deze printplaat is 32 MB Samsung DDR-geheugen geïnstalleerd, waardoor de schijf in theorie een cache van 32 MB krijgt (en dit is precies de hoeveelheid die in de technische specificaties van de harde schijf staat), maar dit is niet helemaal waar. Feit is dat het geheugen logisch is verdeeld in buffergeheugen (cache) en firmwaregeheugen. De processor heeft een bepaalde hoeveelheid geheugen nodig om firmwaremodules te laden. Voor zover wij weten, geven alleen Hitachi/IBM de werkelijke cachegrootte aan in de technische specificaties; Wat andere schijven betreft, kan men alleen maar raden naar de cachegrootte.

De volgende chip is de besturingscontroller voor de motor en de hoofdeenheid, of "twist" (Voice Coil Motor-controller, VCM-controller). Bovendien bestuurt deze chip de secundaire voedingen op het bord, die de processor en de voorversterker-schakelaarchip (voorversterker, voorversterker) in de HDA van stroom voorzien. Dit is de grootste energieverbruiker op de printplaat. Het regelt de rotatie van de spil en de beweging van de koppen. De VCM-controllerkern kan zelfs bij temperaturen van 100° C werken.

Een deel van de schijffirmware wordt opgeslagen in flashgeheugen. Wanneer de schijf van stroom wordt voorzien, laadt de microcontroller de inhoud van de flashchip in het geheugen en begint de code uit te voeren. Zonder de correct geladen code wil de schijf niet eens opstarten. Als er geen flashchip op het bord zit, betekent dit dat deze in de microcontroller is ingebouwd.

De trillingssensor (schoksensor) reageert op schudden dat gevaarlijk is voor de schijf en stuurt daarover een signaal naar de VCM-controller. De VCM parkeert de koppen onmiddellijk en kan voorkomen dat de schijf draait. In theorie zou dit mechanisme de schijf moeten beschermen tegen verdere schade, maar in de praktijk werkt het niet, dus laat de schijven niet vallen. Op sommige schijven is de trillingssensor zeer gevoelig en reageert op de geringste trilling. Dankzij de gegevens die van de sensor worden ontvangen, kan de VCM-controller de beweging van de koppen corrigeren. Op dergelijke schijven zijn ten minste twee trillingssensoren geïnstalleerd.

Het bord heeft nog een ander beveiligingsapparaat: Transient Voltage Suppression (TVS). Het beschermt het bord tegen stroompieken. Wanneer er een stroomstoot optreedt, brandt de TVS door, waardoor er kortsluiting naar de aarde ontstaat. Dit bord heeft twee TVS, 5 en 12 volt.

Laten we nu eens kijken naar de HDA.

Onder het bord bevinden zich contacten voor de motor en koppen. Bovendien zit er een klein, bijna onzichtbaar gaatje in het schijflichaam (ademgat). Het dient om de druk gelijk te maken. Veel mensen denken dat er een vacuüm in de harde schijf zit. Eigenlijk is dit niet waar. Door dit gat kan de schijf de druk binnen en buiten het insluitingsgebied gelijk maken. Aan de binnenkant is dit gat afgedekt met een ademfilter, dat stof- en vochtdeeltjes opvangt.

Laten we nu eens een kijkje nemen in de insluitingszone. Verwijder het schijfdeksel.

Het deksel zelf is niets interessants. Het is gewoon een stuk metaal met een rubberen pakking om stof buiten te houden. Laten we tot slot kijken naar het vullen van de insluitingszone.

Kostbare informatie wordt opgeslagen op metalen schijven, ook wel platters genoemd. Op de foto zie je de bovenste pannenkoek. De platen zijn gemaakt van gepolijst aluminium of glas en zijn bedekt met verschillende lagen van verschillende samenstellingen, waaronder een ferromagnetische substantie waarop de gegevens daadwerkelijk worden opgeslagen. Tussen de pannenkoeken, maar ook boven de bovenkant ervan, zien we speciale platen die verdelers of scheiders worden genoemd. Ze zijn nodig om de luchtstromen gelijk te maken en akoestische ruis te verminderen. In de regel zijn ze gemaakt van aluminium of plastic. Aluminiumafscheiders kunnen beter omgaan met het koelen van de lucht in de insluitingszone.

Zijaanzicht van pannenkoeken en scheiders.

Lees-schrijfkoppen (koppen) zijn geïnstalleerd aan de uiteinden van de beugels van de magneetkopeenheid, of HSA (Head Stack Assembly). De parkeerzone is het gebied waar de koppen van een gezonde schijf zich zouden moeten bevinden als de spil wordt gestopt. Bij deze schijf bevindt de parkeerzone zich dichter bij de spil, zoals te zien is op de foto.

Op sommige opritten wordt geparkeerd op speciale plastic parkeerterreinen buiten de platen.

De harde schijf is een nauwkeurig positioneringsmechanisme en heeft zeer schone lucht nodig om goed te kunnen functioneren. Tijdens gebruik kunnen zich microscopisch kleine metaal- en vetdeeltjes in de harde schijf vormen. Om de lucht in de schijf onmiddellijk te reinigen, is er een recirculatiefilter. Dit is een hightech apparaat dat voortdurend kleine deeltjes verzamelt en opvangt. Het filter bevindt zich in het pad van luchtstromen dat ontstaat door de rotatie van de platen.

Laten we nu de bovenste magneet verwijderen en kijken wat eronder verborgen zit.

Harde schijven maken gebruik van zeer krachtige neodymiummagneten. Deze magneten zijn zo krachtig dat ze tot 1300 keer hun eigen gewicht kunnen tillen. Plaats uw vinger dus niet tussen de magneet en metaal of een andere magneet; de klap zal erg gevoelig zijn. Op deze foto zijn de BMG-begrenzers te zien. Hun taak is om de beweging van de hoofden te beperken en ze op het oppervlak van de platen achter te laten. BMG-begrenzers van verschillende modellen zijn verschillend ontworpen, maar er zijn er altijd twee, ze worden op alle moderne harde schijven gebruikt. Bij onze aandrijving bevindt de tweede begrenzer zich op de onderste magneet.

Dit is wat je daar kunt zien.

Ook zien we hier een spreekspoel, die deel uitmaakt van de magnetische kopeenheid. De spoel en de magneten vormen de VCM-aandrijving (Voice Coil Motor, VCM). De aandrijving en het blok magnetische koppen vormen een positioner (actuator) - een apparaat dat de koppen beweegt. Het zwarte plastic onderdeel met een complexe vorm wordt een actuatorgrendel genoemd. Dit is een beveiligingsmechanisme dat de BMG vrijgeeft nadat de spilmotor een bepaald aantal omwentelingen heeft bereikt. Dit gebeurt door de druk van de luchtstroom. Het slot beschermt de hoofden tegen ongewenste bewegingen in de parkeerpositie.

Laten we nu het magnetische kopblok verwijderen.

De precisie en soepele beweging van de BMG wordt ondersteund door een precisielager. Het grootste deel van de BMG, gemaakt van een aluminiumlegering, wordt meestal een beugel of tuimelaar (arm) genoemd. Aan het uiteinde van de tuimelaar zitten koppen op een veerophanging (Heads Gimbal Assembly, HGA). Meestal worden de koppen en tuimelaars zelf door verschillende fabrikanten geleverd. Een flexibele kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) gaat naar de pad die op de besturingskaart wordt aangesloten.

Laten we de componenten van de BMG in meer detail bekijken.

Een spoel verbonden met een kabel.

Handelswijze.

De volgende foto toont de BMG-contacten.

De pakking zorgt voor de dichtheid van de verbinding. Lucht kan dus alleen met schijven en koppen via het drukvereffeningsgat het apparaat binnendringen. Deze schijf heeft contacten bedekt met een dunne laag goud om de geleiding te verbeteren.

Dit is een klassiek rockerontwerp.

De kleine zwarte onderdelen aan de uiteinden van de veerhangers worden sliders genoemd. Veel bronnen geven aan dat sliders en heads hetzelfde zijn. In feite helpt de schuifregelaar bij het lezen en schrijven van informatie door het hoofd boven het oppervlak van de pannenkoeken te heffen. Op moderne harde schijven bewegen de koppen zich op een afstand van 5-10 nanometer van het oppervlak van de pannenkoeken. Ter vergelijking: een mensenhaar heeft een diameter van ongeveer 25.000 nanometer. Als er een deeltje onder de schuif terechtkomt, kan dit leiden tot oververhitting van de koppen als gevolg van wrijving en het falen ervan. Daarom is de zuiverheid van de lucht in het insluitingsgebied zo belangrijk. De lees- en schrijfelementen zelf bevinden zich aan het uiteinde van de schuifregelaar. Ze zijn zo klein dat ze alleen met een goede microscoop te zien zijn.

Zoals je kunt zien, is het oppervlak van de slider niet vlak, maar heeft het aerodynamische groeven. Ze helpen de vlieghoogte van de slider te stabiliseren. De lucht onder de schuif vormt een luchtkussen (Air Bearing Surface, ABS). Het luchtkussen zorgt ervoor dat de schuif bijna parallel loopt aan het oppervlak van de pannenkoek.

Hier is nog een afbeelding van de schuifregelaar.

De hoofdcontacten zijn hier duidelijk zichtbaar.

Dit is een ander belangrijk onderdeel van het BMG dat nog niet is besproken. Het wordt een voorversterker (voorversterker) genoemd. Een voorversterker is een chip die de koppen aanstuurt en het signaal versterkt dat er naartoe of vandaan komt.

De voorversterker wordt om een ​​heel eenvoudige reden rechtstreeks in de BMG geplaatst: het signaal dat uit de koppen komt, is erg zwak. Op moderne schijven heeft het een frequentie van ongeveer 1 GHz. Als je de voorversterker buiten de hermetische zone plaatst, wordt zo'n zwak signaal op weg naar de besturingskaart sterk verzwakt.

Er lopen meer sporen van de voorversterker naar de koppen (aan de rechterkant) dan naar het containmentgebied (aan de linkerkant). Feit is dat een harde schijf niet tegelijkertijd met meer dan één kop kan werken (een paar schrijf- en leeselementen). De harde schijf stuurt signalen naar de voorversterker en selecteert de kop waartoe de harde schijf momenteel toegang heeft. Deze harde schijf heeft zes sporen die naar elke kop leiden. Waarom zo veel? Eén spoor is geslepen, nog twee zijn voor lees- en schrijfelementen. De volgende twee sporen zijn bedoeld voor het besturen van minidrives, speciale piëzo-elektrische of magnetische apparaten die de schuifregelaar kunnen verplaatsen of draaien. Dit helpt om de positie van de koppen boven de baan nauwkeuriger in te stellen. Het laatste pad leidt naar de verwarming. De verwarming wordt gebruikt om de vlieghoogte van de koppen te regelen. De verwarming brengt warmte over naar de ophanging die de schuifregelaar en de tuimelaar verbindt. De ophanging is gemaakt van twee legeringen met verschillende thermische uitzettingseigenschappen. Bij verhitting buigt de ophanging naar het oppervlak van de pannenkoek, waardoor de vlieghoogte van het hoofd wordt verminderd. Bij afkoeling wordt de cardanische ophanging rechtgetrokken.

Genoeg over de koppen, laten we de schijf verder demonteren. Verwijder de bovenste afscheider.

Dit is hoe hij eruit ziet.

Op de volgende foto ziet u het opvanggebied met de bovenste afscheider en het kopblok verwijderd.

De onderste magneet werd zichtbaar.

Nu de klemring (schotels klem).

Deze ring houdt het platenblok bij elkaar, waardoor ze niet ten opzichte van elkaar kunnen bewegen.

Pannenkoeken worden op een spindelnaaf geregen.

Nu niets de pannenkoeken meer vasthoudt, verwijder je de bovenste pannenkoek. Dat is wat eronder zit.

Nu is het duidelijk hoe ruimte voor de koppen wordt gecreëerd: er zitten afstandsringen tussen de pannenkoeken. Op de foto zijn de tweede pannenkoek en de tweede scheider te zien.

De afstandsring is een uiterst nauwkeurig onderdeel gemaakt van een niet-magnetische legering of polymeren. Laten we het eraf halen.

Laten we al het andere uit de schijf halen om de onderkant van het hermetische blok te inspecteren.

Zo ziet het drukvereffeningsgat eruit. Deze bevindt zich direct onder het luchtfilter. Laten we het filter eens nader bekijken.

Omdat de lucht die van buiten komt noodzakelijkerwijs stof bevat, bestaat het filter uit meerdere lagen. Het is veel dikker dan het circulatiefilter. Soms bevat het silicageldeeltjes om de luchtvochtigheid tegen te gaan.

Het werkingsprincipe van een harde schijf is vrij eenvoudig. Een typische harde schijf bestaat uit verschillende hoofdcomponenten, zoals:

• slagvast legeringslichaam,
• platen met magnetische coating,
• hoofdblok met positioneringsapparaat,
• elektronica-eenheid en
• elektrische aandrijving

Veel gebruikers zijn van mening dat harde schijven verzegeld zijn. Dit is echter niet zo: het is noodzakelijk om tijdens temperatuurschommelingen binnen een constante druk te handhaven. In dit opzicht is de harde schijf uitgerust met een filter dat deeltjes met een diameter tot enkele micrometers opvangt.

De elektronica-eenheid bevat een eigen opslagapparaat en verschillende subblokken die verantwoordelijk zijn voor de digitale signaalverwerking, besturing en interfacewerking. De werking van de harde schijf zelf lijkt sterk op de structuur van een bandrecorder. Het werkoppervlak van de schijf beweegt met een bepaalde snelheid ten opzichte van de leeskop. Tijdens het schrijven of lezen zweven de koppen op een luchtkussen boven het oppervlak van de schijf. Als er een stofje in de opening tussen de schijf en de kop terechtkomt, kunnen de koppen het oppervlak raken, de schijf beschadigen en zelfs doorbranden.

Een magnetische schijf kan niet alleen van metaal worden gemaakt, maar ook van glas, zoals het geval was bij modellen van IBM. Op het oppervlak van de schijf bevindt zich een magnetische laag, die dient als basis voor het vastleggen van informatie. Bits informatie worden vastgelegd met behulp van een kop, die, terwijl hij over het oppervlak van een roterende schijf gaat, miljarden horizontale discrete gebieden - domeinen - magnetiseert. Elk van deze gebieden is een logische nul of één, afhankelijk van de magnetisatie.

Aanvankelijk is het oppervlak van de pannenkoek volledig leeg, dat wil zeggen dat de magnetische domeinen op geen enkele manier georiënteerd zijn. Om het blok magnetische koppen te oriënteren, worden speciale markeringen op de magnetische schijf aangebracht - servomarkeringen. Dit wordt uitgevoerd door het “native” blok magneetkoppen, dat op zijn beurt wordt bestuurd door een extern apparaat. Na het markeren kan de harde schijf zelf informatie lezen en naar het oppervlak schrijven. Voor grote harde schijfvolumes zijn er meerdere magnetische schijven in geïnstalleerd, die aan de spilmotor zijn bevestigd en een stapel pannenkoeken vormen.

Kenmerken

Interface- bepaalt in het algemeen de plaats of wijze van verbinding/contact/communicatie. Deze term wordt gebruikt op verschillende gebieden van wetenschap en technologie. Moderne schijven kunnen SATA-, IDE-, USB-, IEEE 1394-, enz.-interfaces gebruiken.

Fysieke grootte(vormfactor) - de geïnstalleerde grootte van de harde schijf. Schijven voor personal computers en servers zijn 3,5 inch groot. 2,5 inch harde schijven worden steeds vaker gebruikt in laptops. Andere veel voorkomende formaten zijn 1,8 inch, 1,3 inch en 0,85 inch.

Spilsnelheid- aantal spilomwentelingen per minuut. De toegangstijd en de snelheid van gegevensoverdracht zijn grotendeels afhankelijk van deze parameter. Momenteel worden harde schijven geproduceerd met de volgende standaard rotatiesnelheden: 4200, 5400 en 7200 (laptops), 7200 en 10.000 (personal computers), 10.000 en 15.000 rpm (servers en krachtige werkstations).

Willekeurige toegangstijd- Een unieke parameter voor het beoordelen van de snelheid van de harde schijf. In het Engels wordt het analoog van willekeurige toegangstijd gebruikt. De gemiddelde toegangstijd voor moderne modellen varieert van 3 tot 15 ms. Hoe lager de waarde, hoe beter. In de regel hebben serverschijven de minimale tijd.

HDD-markt

Verhaal

Naam

Voor een uitdrukking als Hard Disk Drive (HDD) gebruiken taalkundigen een retronymische naam - een term die door taalkundigen is bedacht voor een nieuwe naam voor een bestaand fenomeen om het te onderscheiden van iets nieuwers, in dit geval diskettes. En hier is een vreemde situatie: er zijn geen diskettes, het is niet nodig om diskettes van harde schijven te onderscheiden, maar het retroniem blijft bestaan, maar nu dient het om HDD's te onderscheiden van Solid State Drive/Disk (SSD), die over het algemeen helemaal geen schijven.

Enorme bandrecorders

Het succes van de schijven lijkt op een incident. In een mechanisch apparaat dat een integraal onderdeel is geworden van elektronische systemen, wordt de bewegingstijd van de hoofden in totaal andere hoeveelheden gemeten dan de snelheid van elektronische processen. Het gebrek aan harmonie in de unie tussen elektronica en mechanica werd lang geleden opgemerkt, in de jaren vijftig, toen de eerste schijven werden gemaakt. Maar toen was er geen alternatief voor de mechanica, aangezien de halfgeleidertechnologie nog maar de eerste stappen zette; het was nodig om opzettelijk een ongelijk huwelijk te sluiten om het doel te bereiken, maar het bleek meer dan succesvol. Het doel was directe toegang tot grote (naar die maatstaven) hoeveelheden gegevens, wat onmogelijk bleef zolang de gegevens in de stroom werden gelezen, hetzij vanaf tape, hetzij vanaf ponskaarten. De gegevens die van de media worden gelezen, kunnen in een klein RAM-geheugen worden geplaatst, of kunnen worden verwisseld en gegevens uit de drum worden opgepompt. Sommige besturingssystemen hadden hulpprogramma's voor het lezen van bestanden van tapes, maar dit was een vreselijk traag proces.

In de begindagen van computersystemen waren typische harde schijven slechts experimentele modellen. Computers waren als enorme bandrecorders. In principe verschilde het opnemen en lezen van informatie niet van een gewone cassettespeler: de gegevens waren lineair gerangschikt. Degenen die zich ook pc's herinneren die op magneetbandmedia zijn gebaseerd, weten hoe het is om te wachten tot het volgende niveau is geladen: het gebruikelijke terugspoelen van de cassette naar de juiste plaats.

De eerste personal computers gebruikten een gewone audiocassetterecorder als opslagapparaat. Een diskdrive was voor hen een onbetaalbare luxe. De gebruikers die een schijf bij hun pc hadden geleverd, konden al enige schijn van vrijheid van handelen voelen. De eerste IBM-computers werden geleverd met een of twee schijfstations.

Rabinow-schijven

Het idee van een schijf als een apparaat met hoofden die door de ruimte bewegen, lag aan de oppervlakte en door veel bedrijven zijn pogingen ondernomen om dit te implementeren. Het Computermuseum in Mountain View herbergt verschillende versies van de schijven. Commercieel succes kwam eerder dan anderen bij IBM, dat meer aan ontwikkeling kon uitgeven dan anderen, dus alle kronieken van de evolutie van schijven vermelden de datum 1956 als uitgangspunt en de schijf die deel uitmaakte van de IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) computer, waarvan de naam direct de willekeurige toegangsmogelijkheid aangeeft, uniek in die tijd: Random Access Method.

Maar IBM was niet de eerste. De eerste werkdrift werd gemaakt door de geniale uitvinder Yakov Rabinov (1910-1999) in 1951, die zijn hele leven wijdde aan het werken bij het National Bureau of Standards. Hij werd geboren in Charkov, zijn oorspronkelijke achternaam was Rabinovich, na de revolutie van 1921 verhuisden hij en zijn ouders via China naar, en werkten daarna bijna 70 jaar op de onderzoeksafdeling van het National Bureau of Standards. Rabinow werd geen wetenschapper, maar hij was een genie op het gebied van praktische uitvindingen, waaronder bijvoorbeeld een verbeterde munttechnologie die de levensduur van munten verlengde, een uitvinding die het ministerie van Financiën vele miljarden aan besparingen opleverde op de productie van metalen munten . Slechts één van zijn uitvindingen - een apparaat genaamd het Notched-Disk Magnetic Memory Device - leverde hem echter geen geld of levenslange erkenning op. Het bestond uit tien 18-inch ‘pannenkoeken’, zoals de schijven zelf later werden genoemd, met een uitgesneden segment zodat ze op de as konden worden verwisseld.

Deskundigen van IBM bestudeerden de uitvinding van Rabinow en verborgen de prioriteit niet. Na analyse van de schijf van Rabinow brachten ze in 1953 een rapport uit, A Proposal for Rapid Random Access File, dat de basis werd van het RAMAC-project.

1956: IBM RAMAC - kast van 975 kg

Jaren 2000: loodrechte magnetische opname

Toen HDD-fabrikanten begin jaren 2000 met capaciteitsbeperkingen te maken kregen, stroomlijnden Toshiba en Seagate de indeling van databits op de schijfschotel. Door de overstap van longitudinale naar loodrechte magnetische opname werd de capaciteit van de HDD maar liefst tien keer vergroot.

2012: De dichtheid van informatie op schijven kan tegen 2016 verdubbelen

Volgens een ander onderzoek van IHS iSuppli uit 2012 zou de maximale opslagdichtheid van harde schijven tegen 2016 kunnen verdubbelen. Eerder maakte hardeschijffabrikant Seagate een soortgelijke voorspelling. Volgens analisten zal dit het gebruik van HDD's in systemen met grote hoeveelheden data vergroten, inclusief audio- en visuele systemen.

Een aantal technologieën waar leveranciers momenteel aan werken, zullen het mogelijk maken de dichtheid van harde schijven te vergroten, met name de HAMR-technologie (Heat Assisted Magnetic Recording), die Seagate in 2006 patenteerde. Het bedrijf zei ook dat het tegen 2016 een 3,5-inch schijf van 60 TB zou kunnen uitbrengen. Volgens de voorspelling van IHS iSuppli kunnen laptopschijven tegen die tijd 10-20 TB bereiken.

Analisten merken ook op dat de opnamedichtheid tegen 2016 zal toenemen tot maximaal 1800 Gbit per vierkante inch, vergeleken met 744 Gbit in 2011. Volgens IHS iSuppli zal de opnamedichtheid op schijven in 2016 toenemen van 744 Gbit in 2011 naar 1800 Gbit per vierkante inch. Van 2011 tot 2016 zal de toename van de HDD-opnamedichtheid met gemiddeld 19% per jaar toenemen.

Vanaf de releasedatum van het onderzoek werd de HDD met de maximale dichtheid in september 2011 door Seagate uitgebracht: deze bevat 4 TB aan gegevens, de schijfgrootte is 3,5 inch. De schijfdichtheid bedraagt ​​625 Gbit per vierkante inch.

HAMR HDD, die een laser op de lees-/schrijfkop van de harde schijf gebruikt om kleinere bits strakker op de draaiende schijf te plaatsen in vergelijking met traditionele magnetische opname.

Modern idee van schijven

Schijven zijn in verschillende hoofdrichtingen geëvolueerd:

De huidige golf van publieke belangstelling voor SDD's mag geen twijfel doen rijzen over de relatieve toekomst van HDD's; In de nabije toekomst zal er een schijf van 20 TB verschijnen, en de totale productie groeit voortdurend met 1 à 3% per jaar.

het verhogen van de schijfsnelheid en -capaciteit;

het verbeteren van de toegang tot de gegevens die daarop zijn vastgelegd;

zoeken naar alternatieve solid-state technologieën;

Ontwikkeling in de eerste richting heeft geleid tot de opkomst van HDD's die terabytevolumes kunnen opslaan en hoge overdrachtssnelheden kunnen handhaven.

De tweede is het creëren van hardware en software die de werking van schijven ondersteunen: bestandssystemen die terabyte-schijven kunnen ondersteunen en abstracties uit de fysica van opslag, incl. snelle interfaces, RAID-arrays die een hoge betrouwbaarheid van de opslag bieden, SAN-opslagnetwerken en NAS-netwerkschijven.

De derde is de opkomst van zeer recentelijk gecreëerde solid-state apparaten (Solid State Device, SSD) op bedrijfsniveau in combinatie met een NVMe-interface die op deze apparaten is gericht. Nu is de mogelijkheid van ‘slimme opslag’ ontstaan, dat wil zeggen automatische, kostenoptimale herverdeling van gegevensopslag tussen SSD’s, HDD’s en tapes, afhankelijk van de vraag naar gegevens.

Harde schijven, of harde schijven zoals ze ook wel worden genoemd, zijn een van de belangrijkste componenten van een computersysteem. Iedereen weet hiervan. Maar niet elke moderne gebruiker heeft zelfs maar een basiskennis van hoe een harde schijf functioneert. Het werkingsprincipe is over het algemeen vrij eenvoudig voor een basisbegrip, maar er zijn enkele nuances die verder zullen worden besproken.

Vragen over het doel en de classificatie van harde schijven?

Moderne modellen zijn behoorlijk divers: gewone harde schijven, externe harde schijven, snelle solid-state drives (SSD's), hoewel ze over het algemeen niet als harde schijven worden geclassificeerd. Vervolgens wordt voorgesteld om de structuur en het werkingsprincipe van een harde schijf te beschouwen, zo niet volledig, dan tenminste op zo'n manier dat het voldoende is om de basistermen en -processen te begrijpen.

Houd er rekening mee dat er ook een speciale classificatie van moderne harde schijven bestaat op basis van enkele basiscriteria, waaronder de volgende:

• methode voor het opslaan van informatie;
• mediatype;
• manier om de toegang tot informatie te organiseren.

Waarom wordt een harde schijf een harde schijf genoemd?

Tegenwoordig vragen veel gebruikers zich af waarom ze harde schijven gerelateerd noemen aan handvuurwapens. Het lijkt erop, wat kan er gemeenschappelijk zijn tussen deze twee apparaten?

De term zelf verscheen in 1973, toen 's werelds eerste HDD op de markt verscheen, waarvan het ontwerp bestond uit twee afzonderlijke compartimenten in één afgesloten container. De capaciteit van elk compartiment was 30 MB, daarom gaven de ingenieurs de schijf de codenaam "30-30", die volledig in overeenstemming was met het merk van het destijds populaire "30-30 Winchester" -pistool. Het is waar dat deze naam begin jaren negentig in Amerika en Europa bijna buiten gebruik raakte, maar hij blijft nog steeds populair in de post-Sovjet-ruimte.

De structuur en het werkingsprincipe van een harde schijf

Maar we dwalen af. Het werkingsprincipe van een harde schijf kan kort worden omschreven als de processen van het lezen of schrijven van informatie. Maar hoe gebeurt dit? Om het werkingsprincipe van een magnetische harde schijf te begrijpen, moet je eerst bestuderen hoe deze werkt.

De harde schijf zelf is een set platen, waarvan het aantal kan variëren van vier tot negen, met elkaar verbonden door een as (as), een zogenaamde spil. De platen bevinden zich boven elkaar. Meestal zijn de materialen voor de vervaardiging ervan aluminium, messing, keramiek, glas, enz. De platen zelf hebben een speciale magnetische coating in de vorm van een materiaal dat een schotel wordt genoemd, op basis van gamma-ferrietoxide, chroomoxide, bariumferriet, enz. Elke dergelijke plaat is ongeveer 2 mm dik.

Radiale koppen (één voor elke plaat) zijn verantwoordelijk voor het schrijven en lezen van informatie, en beide oppervlakken worden in de platen gebruikt. Waarvoor het kan variëren van 3600 tot 7200 tpm, en twee elektromotoren zijn verantwoordelijk voor het verplaatsen van de koppen.

In dit geval is het basisprincipe van de werking van de harde schijf van een computer dat informatie niet zomaar ergens wordt vastgelegd, maar op strikt gedefinieerde locaties, sectoren genoemd, die zich op concentrische paden of sporen bevinden. Om verwarring te voorkomen gelden er uniforme regels. Dit betekent dat de werkingsprincipes van harde schijven, vanuit het oogpunt van hun logische structuur, universeel zijn. De grootte van één sector, die over de hele wereld als uniforme standaard wordt aangenomen, is bijvoorbeeld 512 bytes. Sectoren zijn op hun beurt verdeeld in clusters, die reeksen zijn van aangrenzende sectoren. En de eigenaardigheden van het werkingsprincipe van een harde schijf in dit opzicht zijn dat de uitwisseling van informatie plaatsvindt door hele clusters (een heel aantal ketens van sectoren).

Maar hoe gebeurt het lezen van informatie? De werkingsprincipes van een harde magnetische schijf zijn als volgt: met behulp van een speciale beugel wordt de leeskop in radiale (spiraalvormige) richting naar het gewenste spoor bewogen en, wanneer gedraaid, boven een bepaalde sector geplaatst, en alle koppen kunnen tegelijkertijd bewegen en dezelfde informatie niet alleen van verschillende sporen lezen, maar ook van verschillende schijven (platen). Alle sporen met dezelfde serienummers worden meestal cilinders genoemd.

In dit geval kan nog een principe van de werking van de harde schijf worden geïdentificeerd: hoe dichter de leeskop zich bij het magnetische oppervlak bevindt (maar deze niet aanraakt), hoe hoger de opnamedichtheid.

Hoe wordt informatie geschreven en gelezen?

Harde schijven, of harde schijven, werden magnetisch genoemd omdat ze gebruik maken van de wetten van de fysica van magnetisme, geformuleerd door Faraday en Maxwell.

Zoals reeds vermeld, zijn platen gemaakt van niet-magnetisch gevoelig materiaal bedekt met een magnetische coating waarvan de dikte slechts enkele micrometers is. Tijdens bedrijf ontstaat er een magnetisch veld, dat een zogenaamde domeinstructuur heeft.

Een magnetisch domein is een gemagnetiseerd gebied van een ferrolegering dat strikt wordt begrensd door grenzen. Verder kan het werkingsprincipe van een harde schijf kort als volgt worden beschreven: bij blootstelling aan een extern magnetisch veld begint het eigen veld van de schijf strikt langs de magnetische lijnen te worden georiënteerd, en wanneer de invloed stopt, verschijnen er zones met restmagnetisatie. op de schijven, waarin de informatie die voorheen in het hoofdveld stond, is opgeslagen.

De leeskop is verantwoordelijk voor het creëren van een extern veld tijdens het schrijven, en tijdens het lezen creëert de zone van restmagnetisatie, gelegen tegenover de kop, een elektromotorische kracht of EMF. Verder is alles eenvoudig: een verandering in EMF komt overeen met één in binaire code, en de afwezigheid of beëindiging ervan komt overeen met nul. Het tijdstip waarop de EMF verandert, wordt gewoonlijk een bitelement genoemd.

Bovendien kan het magnetische oppervlak, puur vanuit computerwetenschappelijke overwegingen, worden geassocieerd als een bepaalde puntreeks van informatiebits. Maar aangezien de locatie van dergelijke punten niet absoluut nauwkeurig kan worden berekend, moet u een aantal vooraf aangewezen markeringen op de schijf installeren die helpen bij het bepalen van de gewenste locatie. Het maken van dergelijke markeringen wordt formatteren genoemd (grofweg het verdelen van de schijf in tracks en sectoren, gecombineerd in clusters).

Logische structuur en werkingsprincipe van een harde schijf in termen van formattering

Wat de logische organisatie van de HDD betreft, komt formattering hier op de eerste plaats, waarbij twee hoofdtypen worden onderscheiden: low-level (fysiek) en high-level (logisch). Zonder deze stappen is er geen sprake van het in werkende staat brengen van de harde schijf. Hoe u een nieuwe harde schijf initialiseert, wordt afzonderlijk besproken.

Bij formatteren op laag niveau is sprake van fysieke impact op het oppervlak van de harde schijf, waardoor sectoren langs de sporen ontstaan. Het is merkwaardig dat het werkingsprincipe van een harde schijf zodanig is dat elke gecreëerde sector zijn eigen unieke adres heeft, inclusief het nummer van de sector zelf, het nummer van de track waarop deze zich bevindt en het nummer van de zijkant van de schotel. Bij het organiseren van directe toegang heeft hetzelfde RAM dus rechtstreeks toegang tot een bepaald adres, in plaats van te zoeken naar de benodigde informatie over het hele oppervlak, waardoor prestaties worden bereikt (hoewel dit niet het belangrijkste is). Houd er rekening mee dat bij het uitvoeren van formattering op laag niveau absoluut alle informatie wordt gewist en in de meeste gevallen niet kan worden hersteld.

Een ander ding is logische formattering (in Windows-systemen is dit snel formatteren of snel formatteren). Bovendien zijn deze processen ook van toepassing op het maken van logische partities, een bepaald gebied van de hoofdharde schijf die volgens dezelfde principes werken.

Logische opmaak heeft vooral invloed op het systeemgebied, dat bestaat uit de opstartsector- en partitietabellen (Boot record), de bestandstoewijzingstabel (FAT, NTFS, enz.) en de hoofdmap (Root Directory).

Informatie wordt in verschillende delen via het cluster naar sectoren geschreven, en één cluster kan niet twee identieke objecten (bestanden) bevatten. Eigenlijk scheidt het aanmaken van een logische partitie deze als het ware van de hoofdsysteempartitie, waardoor de daarop opgeslagen informatie niet onderhevig is aan verandering of verwijdering in geval van fouten en storingen.

Belangrijkste kenmerken van HDD

Het lijkt erop dat het werkingsprincipe van een harde schijf in algemene termen een beetje duidelijk is. Laten we nu verder gaan met de belangrijkste kenmerken, die een compleet beeld geven van alle mogelijkheden (of tekortkomingen) van moderne harde schijven.

Het werkingsprincipe van een harde schijf en de belangrijkste kenmerken ervan kunnen compleet verschillend zijn. Laten we, om te begrijpen waar we het over hebben, de meest fundamentele parameters benadrukken die kenmerkend zijn voor alle tegenwoordig bekende informatieopslagapparaten:

• capaciteit (volume);
• prestaties (snelheid van gegevenstoegang, lees- en schrijfinformatie);
• interface (verbindingsmethode, controllertype).

Capaciteit vertegenwoordigt de totale hoeveelheid informatie die op een harde schijf kan worden geschreven en opgeslagen. De HDD-productie-industrie ontwikkelt zich zo snel dat tegenwoordig harde schijven met een capaciteit van ongeveer 2 TB en meer in gebruik zijn gekomen. En, zoals wordt aangenomen, is dit niet de limiet.

De interface is het belangrijkste kenmerk. Het bepaalt precies hoe het apparaat op het moederbord is aangesloten, welke controller wordt gebruikt, hoe er wordt gelezen en geschreven, etc. De belangrijkste en meest voorkomende interfaces zijn IDE, SATA en SCSI.

Schijven met een IDE-interface zijn goedkoop, maar de belangrijkste nadelen zijn een beperkt aantal gelijktijdig aangesloten apparaten (maximaal vier) en lage gegevensoverdrachtsnelheden (zelfs als ze Ultra DMA directe geheugentoegang of Ultra ATA-protocollen ondersteunen (Modus 2 en Modus 4) Hoewel wordt aangenomen dat het gebruik ervan de lees-/schrijfsnelheid verhoogt tot 16 MB/s, is de snelheid in werkelijkheid veel lager. Bovendien moet je, om de UDMA-modus te gebruiken, een speciaal stuurprogramma installeren, wat in theorie ook zou moeten gebeuren compleet met moederbord geleverd worden.

Als we het hebben over het werkingsprincipe van een harde schijf en de kenmerken ervan, kunnen we niet negeren wat de opvolger is van de IDE ATA-versie. Het voordeel van deze technologie is dat de lees-/schrijfsnelheid kan worden verhoogd tot 100 MB/s door het gebruik van de snelle Fireware IEEE-1394-bus.

Ten slotte is de SCSI-interface, vergeleken met de vorige twee, het meest flexibel en snelst (schrijf-/leessnelheden bereiken 160 MB/s en hoger). Maar dergelijke harde schijven kosten bijna twee keer zoveel. Maar het aantal gelijktijdig verbonden apparaten voor informatieopslag varieert van zeven tot vijftien, de verbinding kan tot stand worden gebracht zonder de computer uit te zetten en de kabellengte kan ongeveer 15-30 meter zijn. Eigenlijk wordt dit type HDD meestal niet op gebruikers-pc's gebruikt, maar op servers.

Prestaties, die de overdrachtssnelheid en I/O-doorvoer kenmerken, worden gewoonlijk uitgedrukt in termen van overdrachtstijd en de hoeveelheid sequentiële gegevens die worden overgedragen en uitgedrukt in MB/s.

Enkele extra opties

Als we het hebben over wat het werkingsprincipe van een harde schijf is en welke parameters de werking ervan beïnvloeden, kunnen we enkele aanvullende kenmerken niet negeren die de prestaties of zelfs de levensduur van het apparaat kunnen beïnvloeden.

Hier is de rotatiesnelheid op de eerste plaats, die rechtstreeks van invloed is op het tijdstip van zoeken en initialiseren (herkenning) van de gewenste sector. Dit is de zogenaamde latente zoektijd: het interval waarin de benodigde sector naar de leeskop draait. Tegenwoordig zijn er verschillende normen aangenomen voor het spiltoerental, uitgedrukt in omwentelingen per minuut met een vertragingstijd in milliseconden:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Het is gemakkelijk in te zien dat hoe hoger de snelheid, hoe minder tijd wordt besteed aan het zoeken naar sectoren, en in fysieke termen, per omwenteling van de schijf voordat de kop op het gewenste positioneringspunt van de schijf wordt gezet.

Een andere parameter is de interne transmissiesnelheid. Op externe sporen is dit minimaal, maar neemt toe bij een geleidelijke overgang naar interne sporen. Hetzelfde defragmentatieproces, waarbij veelgebruikte gegevens naar de snelste delen van de schijf worden verplaatst, is dus niets anders dan het verplaatsen van gegevens naar een intern spoor met een hogere leessnelheid. Externe snelheid heeft vaste waarden en is direct afhankelijk van de gebruikte interface.

Ten slotte heeft een van de belangrijke punten betrekking op de aanwezigheid van een eigen cachegeheugen of buffer van de harde schijf. In feite is het werkingsprincipe van een harde schijf in termen van buffergebruik enigszins vergelijkbaar met RAM of virtueel geheugen. Hoe groter het cachegeheugen (128-256 KB), hoe sneller de harde schijf zal werken.

Belangrijkste vereisten voor HDD

Er zijn in de meeste gevallen niet zo veel basisvereisten die aan harde schijven worden gesteld. Het belangrijkste is een lange levensduur en betrouwbaarheid.

De belangrijkste standaard voor de meeste HDD's is een levensduur van ongeveer 5-7 jaar met een bedrijfstijd van minimaal vijfhonderdduizend uur, maar voor high-end harde schijven is dit minimaal een miljoen uur.

Wat de betrouwbaarheid betreft, is hiervoor de S.M.A.R.T.-zelftestfunctie verantwoordelijk, die de toestand van individuele elementen van de harde schijf bewaakt en constante monitoring uitvoert. Op basis van de verzamelde gegevens kan zelfs een bepaalde voorspelling worden gevormd over het optreden van mogelijke storingen in de toekomst.

Het spreekt voor zich dat de gebruiker niet aan de zijlijn mag blijven staan. Wanneer u bijvoorbeeld met een HDD werkt, is het uiterst belangrijk om het optimale temperatuurregime te handhaven (0 - 50 ± 10 graden Celsius), en te voorkomen dat de harde schijf schudt, stoot en valt, en dat er geen stof of andere kleine deeltjes in terechtkomen , etc. Velen zullen dat trouwens doen. Het is interessant om te weten dat dezelfde deeltjes tabaksrook ongeveer tweemaal de afstand hebben tussen de leeskop en het magnetische oppervlak van de harde schijf, en menselijk haar - 5-10 keer.

Initialisatieproblemen in het systeem bij het vervangen van een harde schijf

Nu een paar woorden over welke acties moeten worden ondernomen als de gebruiker om de een of andere reden de harde schijf heeft gewijzigd of een extra schijf heeft geïnstalleerd.

We zullen dit proces niet volledig beschrijven, maar zullen ons alleen concentreren op de belangrijkste fasen. Eerst moet u de harde schijf aansluiten en in de BIOS-instellingen kijken of er nieuwe hardware is gedetecteerd, deze initialiseren in het schijfbeheergedeelte en een opstartrecord maken, een eenvoudig volume maken, er een identificatie (letter) aan toewijzen en formatteer het door een bestandssysteem te selecteren. Pas daarna is de nieuwe "schroef" volledig klaar voor gebruik.

Conclusie

Dat is in feite het enige dat kort betrekking heeft op de basiswerking en kenmerken van moderne harde schijven. Het werkingsprincipe van een externe harde schijf werd hier niet fundamenteel overwogen, omdat het praktisch niet verschilt van wat wordt gebruikt voor stationaire harde schijven. Het enige verschil is de manier waarop de extra schijf op een computer of laptop wordt aangesloten. De meest gebruikelijke aansluiting is via een USB-interface, die rechtstreeks op het moederbord is aangesloten. Tegelijkertijd kun je, als je maximale prestaties wilt garanderen, beter de USB 3.0-standaard gebruiken (de poort binnenin is blauw gekleurd), uiteraard op voorwaarde dat de externe harde schijf dit zelf ondersteunt.

Anders denk ik dat veel mensen op zijn minst een beetje begrijpen hoe een harde schijf van welk type dan ook functioneert. Misschien zijn er hierboven te veel onderwerpen gegeven, vooral zelfs uit een natuurkundecursus op school, maar zonder dit zal het niet mogelijk zijn om alle basisprincipes en methoden die inherent zijn aan de technologieën voor het produceren en gebruiken van HDD's volledig te begrijpen.

Gegroet, vrienden!

Vandaag zullen we het hebben over zoiets als een harde schijf. Zelden heeft een computergebruiker er nog nooit van gehoord!

Een harde schijf, ook wel HDD (Hard Disk Drive) genoemd, is een apparaat voor het opslaan van informatie.

HDD dankt zijn slangnaam aan het beroemde geweer waarmee blanke mannen Amerika veroverden. Een van de eerste modellen harde schijven werd "30/30" genoemd, wat samenviel met het kaliber van dit vuurwapen.

Hieronder zullen we het hebben over computerharde schijven.

Hoe werkt de harde schijf van een computer?

We zullen bekijken hoe de traditionele (elektromechanische) harde schijf die in personal computers wordt gebruikt, wordt verdrievoudigd. Het is gebaseerd op een of meer informatieschijven. De eerste modellen met harde schijven gebruikten aluminium schijven.

Maar die eerste modellen waren groot van formaat en klein van formaat.

Diskettes en harde schijven

Die "schroeven" (een andere slangterm) hadden de fysieke grootte en capaciteit van ongeveer de grootte van een 5,25-inch diskettestation. Aan het begin van de computerindustrie werden gegevens opgeslagen op 5,25 en 3,5 inch diskettes.

De schijf voor het lezen en schrijven van dergelijke schijven werd FDD genoemd (Floppydiskdrive).

Deze schijven zijn gemaakt van een rond stuk plastic met aan beide zijden een ferromagnetische coating. Ze waren dun en flexibel, vandaar dat de schijf zijn naam kreeg. Om ze te beschermen tegen invloeden van buitenaf werden deze schijven in een vierkante plastic behuizing geplaatst.

Schijven in HDD's hebben een vergelijkbare structuur, maar zijn dikker en buigen niet, wat terug te zien is in de naam. Met behulp van een centrifuge wordt op zo’n schijf een dunne ferromagnetische laag metaaloxiden aangebracht. Gegevens worden geschreven en gelezen met behulp van magnetische koppen.

Bij het opnemen wordt een informatiesignaal naar de magneetkop gestuurd, waardoor de oriëntatie van domeinen (ferromagnetische deeltjes) in de ferromagnetische laag verandert.

Bij het lezen induceren de gemagnetiseerde gebieden stroom in de kop, die vervolgens wordt verwerkt door het stuurcircuit (controller). De eisen aan snelheid en datavolumes nemen voortdurend toe. De beste geesten ter wereld werden naar dit gebied gestuurd. En harde schijven werden, net als de rest van de computerhardware, voortdurend verbeterd.

Er werden schijven gemaakt van glas en glaskeramiek. Dit maakte het mogelijk om hun gewicht en dikte te verminderen en de rotatiesnelheid te verhogen.

De rotatiesnelheid van de schijf nam toe van 3600 tpm naar 5400, 7200 en vervolgens naar 10.000 en zelfs 15.000 tpm! Laten we ter vergelijking zeggen dat de schijfrotatiesnelheid in FDD 360 rpm was.

Hoe hoger de rotatiesnelheid, hoe sneller de gegevens worden gelezen.

Ferromagnetische laag

Een ferromagnetische laag kan op twee manieren op het oppervlak van schijven worden aangebracht: galvanische afzetting en vacuümafzetting. In het eerste geval wordt de schijf ondergedompeld in een oplossing van metaalzouten en wordt er een dunne film metaal (kobalt) op afgezet.

Bij vacuümafzetting wordt de schijf in een afgesloten kamer geplaatst, wordt de lucht eruit gepompt en worden metaaldeeltjes afgezet met behulp van een elektrische ontlading.

Bovenop de magnetische laag wordt een beschermende koolstofcoating aangebracht. Het beschermt de dunne magnetische laag tegen vernietiging (en verlies van informatie) bij mogelijk contact met het hoofd.

Een harde schijf kan één fysieke schijf of meerdere hebben. In het laatste geval worden de schijven tot een enkele structuur samengevoegd en synchroon roteren. Elke schijf heeft twee zijden met een ferromagnetische laag, de gegevens worden gelezen door twee verschillende koppen (bevindt zich aan de boven- en onderkant).

De koppen zijn ook tot één enkele structuur samengevoegd en bewegen synchroon.

Het mechanisme voor het bewegen van de koppen bevat een draadspiraal en een vaste permanente magneet. Wanneer stroom op de spoel wordt toegepast, wordt daarin een magnetisch veld gegenereerd dat in wisselwerking staat met de magneet. De resulterende kracht beweegt de spoel met het gehele bewegende deel van het mechanisme (en ook de koppen).

Het mechanisme bevat een veer die, bij gebrek aan kracht, de koppen naar hun oorspronkelijke positie beweegt (parkeerplaats). Dit beschermt de koppen en schijven tegen beschadiging.

Merk op dat kleine neodymiummagneten die een constant magnetisch veld creëren erg sterk zijn!

In bedrijf draaien de schijven met een constante snelheid, de koppen “zweven” boven de schijf. Tijdens rotatie ontstaat er een aerodynamische stroming, waardoor de hoofden omhoog worden gebracht. Naarmate de technologie verbetert, neemt de afstand tussen de koppen en de schijf af.

Tot nu toe is het op enkele tientallen nanometers gebracht!

Door de afstand te verkleinen, kunt u de dichtheid van de informatie-opname vergroten. Op deze manier kan meer informatie in dezelfde hoeveelheid ruimte worden geperst.

Hoofden lezen en schrijven

Moderne harde schijven gebruiken magnetoresistieve koppen.

Het magnetoweerstandskristal kan zijn weerstand veranderen afhankelijk van de grootte en richting van het magnetische veld. Terwijl het hoofd over gebieden met verschillende magnetisatie gaat, verandert de weerstand, wat wordt gedetecteerd door het regelcircuit.

De kop van de harde schijf bevat in feite twee koppen: lezen en schrijven. De opnamekop werkt volgens hetzelfde principe als de kop van oudere bandrecorders, die magneetbandcassettes gebruikten.

Het bevat een open kern, in de opening waarvan een magnetisch veld wordt gecreëerd, dat de oriëntatie van magnetische domeinen op het oppervlak van de schijf verandert. De “wikkeling” van de kop wordt afgedrukt met behulp van fotolithografie.

Spindel en HDA

De hoofdaandrijfmotor (spil), die de schijf roteert, bevat hydrodynamisch lager. Het verschilt van een kogellager doordat het veel minder radiale slingering heeft.

Op moderne harde schijven is de opnamedichtheid van informatie erg hoog, de nummers bevinden zich heel dicht bij elkaar.

Een grote radiale slingering zou geen toename van de opnamedichtheid mogelijk maken, of (bij een afname van de afstand tussen de sporen) zou de kop tijdens één omwenteling langs aangrenzende sporen "springen". Een hydrodynamisch lager bevat een dun laagje smeermiddel tussen de bewegende en stilstaande delen.

Concluderend zeggen we dat de spil, schijven, kop met aandrijving in een apart compartiment zijn geplaatst. De eerste modellen harde schijven bevatten lekkende compartimenten die waren uitgerust met een filter met zeer kleine cellen om de druk gelijk te maken.

Toen verschenen er afgesloten compartimenten, waarin een gat zat, afgesloten met een flexibel membraan. Het membraan kan in beide richtingen buigen, waardoor het verschil in luchtdruk binnen en buiten het compartiment met de koppen wordt gecompenseerd.

In het volgende deel van het artikel zullen we onze kennismaking met hoe de harde schijf is ontworpen en werkt, voortzetten.

Victor Geronda was bij je. Tot ziens op de blog!

Ieder van ons komt dagelijks verschillende computertermen tegen, waarvan de kennis oppervlakkig is, en sommige termen zijn ons volkomen onbekend. En waarom iets weten over iets dat ons niet aangaat of ons niet stoort. Is het niet? Het is een bekende waarheid: zolang bepaalde apparatuur (waaronder een harde schijf) normaal en zonder problemen functioneert, zal niemand zich ooit bezighouden met de complexiteit van de werking ervan, en dat heeft geen zin.

Maar op momenten dat storingen beginnen tijdens de werking van een systeemeenheid, of gewoon plotseling hulp nodig hebben met een computer, pakken veel gebruikers onmiddellijk een schroevendraaier en een boek 'de basisprincipes van computergeletterdheid, of hoe je een computer thuis kunt reanimeren. ” En ze proberen het probleem zelf op te lossen, zonder de hulp van een specialist in te roepen. En meestal eindigt dit zeer slecht voor hun computer.

• De concepten van “harde schijf” of “harde schijf” en hun oorsprong

Definitie en oorsprong van het concept "harde schijf"

Dus het onderwerp van ons volgende artikel zal deze keer zo'n reserveonderdeel van de systeemeenheid zijn als een harde schijf. We zullen de betekenis van dit concept in detail bekijken, kort de geschiedenis van de ontwikkeling ervan in herinnering brengen, en dieper ingaan op de interne structuur, de belangrijkste typen, interfaces en details van de verbinding ervan analyseren. Laten we bovendien een beetje in de toekomst kijken, en misschien zelfs bijna in het heden, en u vertellen wat geleidelijk de goede oude schroeven vervangt. Laten we vooruitkijkend zeggen dat dit solid-state drives zijn die werken volgens het principe van USB-flashdrives - SSD-apparaten.

De eerste harde schijf ter wereld, van het type dat we nu gewend zijn te zien en te gebruiken, werd in 1973 uitgevonden door IBM-medewerker Kenneth Haughton. Dit model werd een mysterieuze combinatie van cijfers genoemd: 30-30, net als het kaliber van het bekende Winchester-geweer. Het is niet moeilijk te raden dat dit is waar een van de namen vandaan kwam: Winchester, dat nog steeds populair is IT-specialisten. Of misschien heeft iemand het net voor het eerst gelezen.

Laten we verder gaan met de definitie: een harde schijf (of, als het u uitkomt, een harde schijf, harde schijf, HDD of schroef) is een opslagapparaat van een computer (of laptop), waarop met behulp van speciale lees-/schrijfapparaten hoofden wordt informatie naar behoefte geschreven, opgeslagen en verwijderd.

"Hoe verschilt dit allemaal van eenvoudige diskettes of cd-dvd's?" - vraag je. Het punt is dat, in tegenstelling tot flexibele of optische media, hier gegevens worden vastgelegd op harde (vandaar de naam, hoewel iemand het misschien al geraden heeft) aluminium of glasplaten, waarop een dunne laag ferromagnetisch materiaal is aangebracht, meestal chroomdioxide wordt voor deze doeleinden gebruikt.

Het gehele oppervlak van dergelijke roterende magnetische platen is verdeeld in sporen en sectoren van elk 512 bytes. Sommige schijven hebben slechts één dergelijke schijf. Andere bevatten elf of meer platen en informatie is op beide zijden van elk ervan opgenomen.

Interne structuur

Het ontwerp van de harde schijf zelf bestaat niet alleen uit apparaten voor directe informatieopslag, maar ook uit een mechanisme dat al deze gegevens leest. Alles bij elkaar is dit het belangrijkste verschil tussen harde schijven en diskettes en optische stations. En in tegenstelling tot Random Access Memory (RAM), dat constant vermogen vereist, is een harde schijf een niet-vluchtig apparaat. Je kunt hem veilig loskoppelen en overal mee naartoe nemen. De gegevens worden erop opgeslagen. Dit wordt vooral belangrijk wanneer u informatie moet herstellen.

Laten we het nu eens hebben over de interne structuur van een harde schijf. De harde schijf zelf bestaat uit een afgesloten blok gevuld met gewone stofvrije lucht onder atmosferische druk. Wij raden af ​​om hem thuis te openen, omdat... dit kan het apparaat zelf beschadigen. Hoe netjes je ook bent, er zal altijd stof in de kamer aanwezig zijn en dat kan in de koffer terechtkomen. Professionele diensten die gespecialiseerd zijn in gegevensherstel beschikken over een speciaal uitgeruste “clean room”, waarin de harde schijf wordt geopend.

Het apparaat bevat ook een bord met een elektronisch besturingscircuit. In het blok bevinden zich de mechanische onderdelen van de aandrijving. Een of meer magnetische platen zijn bevestigd aan de spil van de schijfrotatie-aandrijfmotor.

De behuizing bevat tevens een voorversterker-schakelaar voor magneetkoppen. De magnetische kop zelf leest of schrijft informatie van het oppervlak van een van de zijkanten van de magnetische schijf. De rotatiesnelheid bereikt 15.000 omwentelingen per minuut - dit geldt voor moderne modellen.

Wanneer de stroom wordt ingeschakeld, begint de processor van de harde schijf met het testen van de elektronica. Als alles in orde is, wordt de spilmotor ingeschakeld. Nadat een bepaalde kritische rotatiesnelheid is bereikt, wordt de dichtheid van de luchtlaag die tussen het oppervlak van de schijf en de kop stroomt voldoende om de kracht van het drukken van de kop tegen het oppervlak te overwinnen.

Hierdoor “hangt” de lees/schrijfkop boven de wafer op een kleine afstand van slechts 5-10 nm. De werking van de lees-/schrijfkop is vergelijkbaar met het werkingsprincipe van een naald in een grammofoon, met slechts één verschil: deze heeft geen fysiek contact met de plaat, terwijl bij een grammofoon de naaldkop in contact is met de plaat. .

Wanneer de computer wordt uitgeschakeld en de schijven stoppen, wordt de kop neergelaten op een niet-werkzaam gebied van het schoteloppervlak, de zogenaamde parkeerzone. Daarom wordt het niet aanbevolen om de computer abnormaal af te sluiten - simpelweg door op de afsluitknop te drukken of door de stekker uit het stopcontact te halen. Dit kan leiden tot het falen van de gehele HDD. Vroege modellen hadden speciale software die de hoofdparkeeroperatie in gang zette.

Bij moderne HDD's wordt de kop automatisch in de parkeerzone gebracht wanneer de rotatiesnelheid onder de nominale snelheid daalt of wanneer een commando wordt gegeven om de stroom uit te schakelen. Pas als het nominale motortoerental is bereikt, worden de koppen weer in het werkgebied gebracht.

De vraag is zeker al in je nieuwsgierige geest rijp geworden: hoe afgedicht is het schijfblok zelf en hoe groot is de kans dat daar stof of andere kleine deeltjes kunnen lekken? Zoals we hierboven al schreven, kunnen ze leiden tot een storing van de harde schijf of zelfs tot het defect raken en verlies van belangrijke informatie.

Maar maak je geen zorgen. Fabrikanten hebben al lang geleden in alles voorzien. Het schijfblok met de motor en de koppen bevinden zich in een speciaal afgesloten behuizing - een hermetisch blok (kamer). De inhoud ervan is echter niet volledig geïsoleerd van de omgeving; het is noodzakelijk om lucht van de kamer naar buiten te verplaatsen en omgekeerd.

Dit is nodig om de druk in het blok gelijk te maken met de buitenkant om vervorming van de behuizing te voorkomen. Dit evenwicht wordt bereikt met behulp van een speciaal apparaat dat een barometrisch filter wordt genoemd. Het bevindt zich in het hermetische blok.

Het filter is in staat de kleinste deeltjes op te vangen, waarvan de grootte groter is dan de afstand tussen de lees-/schrijfkop en het ferromagnetische oppervlak van de schijf. Naast het bovengenoemde filter is er nog een: een recirculatiefilter. Het vangt deeltjes op die aanwezig zijn in de luchtstroom in de unit zelf. Ze kunnen daar verschijnen als gevolg van het afstoten van magnetische bestuiving van schijven (je hebt vast wel eens de uitdrukking gehoord dat "hard eraf is gevallen"). Bovendien vangt dit filter de deeltjes op die zijn barometrische ‘collega’ heeft gemist.

HDD-verbindingsinterfaces

Om een ​​harde schijf op een computer aan te sluiten, kunt u tegenwoordig een van de drie interfaces gebruiken: IDE, SCSI en SATA.

Aanvankelijk, in 1986, werd de IDE-interface alleen ontwikkeld voor het aansluiten van HDD's. Het werd vervolgens aangepast naar een uitgebreide ATA-interface. Hierdoor kun je er niet alleen harde schijven op aansluiten, maar ook cd/dvd-stations.

De SATA-interface is sneller, moderner en productiever dan ATA.

SCSI is op zijn beurt een krachtige interface die verschillende soorten apparaten kan verbinden. Dit omvat niet alleen apparaten voor informatieopslag, maar ook verschillende randapparatuur. Bijvoorbeeld snellere SCSI-scanners. Toen de USB-bus verscheen, verdween echter de noodzaak om randapparatuur via SCSI aan te sluiten. Dus als je het geluk hebt hem ergens te zien, beschouw jezelf dan als een geluksvogel.

Laten we het nu even hebben over het verbinden met de IDE-interface. Het systeem kan twee controllers hebben (primair en secundair), die elk twee apparaten kunnen verbinden. Dienovereenkomstig krijgen we er maximaal 4: primaire master, primaire slave en secundaire master, secundaire slave.

Nadat u het apparaat op de controller hebt aangesloten, moet u de bedrijfsmodus ervan selecteren. Deze wordt geselecteerd door een speciale jumper (een zogenaamde jumper) op een bepaalde plaats in de connector te installeren (naast de connector voor het aansluiten van de IDE-kabel).

Houd er rekening mee dat de snellere apparatuur eerst op de controller wordt aangesloten en master wordt genoemd. De tweede wordt slaaf genoemd. De laatste manipulatie is het aansluiten van de stroom, hiervoor moeten we een van de voedingskabels selecteren. Deze informatie zal nuttig voor u zijn als u een heel, heel oude computer heeft. Omdat in de moderne tijd de behoefte aan dergelijke manipulaties is verdwenen.

Aansluiten via SATA is veel eenvoudiger. De kabel daarvoor heeft aan beide uiteinden dezelfde connectoren. De SATA-schijf heeft geen jumpers, dus u hoeft de bedrijfsmodus van de apparaten niet te selecteren - zelfs een kind kan ermee overweg. De stroom wordt aangesloten met behulp van een speciale kabel (3,3 V). Wel is het mogelijk om via een adapter verbinding te maken met een reguliere stroomkabel.

Laten we een nuttig advies geven: als vrienden vaak naar je toe komen met hun harde schijven om nieuwe films of muziek te kopiëren (ja, je vrienden zijn zo hardvochtig dat ze geen externe harde schijf bij zich hebben, maar een gewone interne), en Als je het al beu bent om de hele tijd de systeemeenheid op te draaien, raden we je aan een speciaal vak voor de harde schijf aan te schaffen (het heet Mobile Rack). Ze zijn verkrijgbaar met zowel IDE- als SATA-interfaces. Om nog een extra harde schijf op uw computer aan te sluiten, plaatst u deze eenvoudigweg in een dergelijke zak en klaar is kees.

SSD-schijven - een nieuwe fase in ontwikkeling

Vandaag (en misschien zelfs gisteren) is de volgende fase in de ontwikkeling van apparaten voor informatieopslag al begonnen. Harde schijven worden vervangen door een nieuw type: SSD. Vervolgens zullen we u er meer in detail over vertellen.

SSD (Solid State Disk) is dus een solid-state schijf die werkt volgens het principe van USB-flashgeheugen. Een van de belangrijkste onderscheidende kenmerken van conventionele harde schijven en optische schijven is dat het apparaat geen bewegende delen of mechanische componenten bevat.

Schijven van dit type werden, zoals vaak gebeurt, aanvankelijk uitsluitend ontwikkeld voor militaire doeleinden, maar ook voor snelle servers, omdat de goede oude harde schijven niet langer snel en betrouwbaar genoeg waren voor dergelijke behoeften.

Laten we de belangrijkste voordelen van SSD op een rij zetten:

• Ten eerste gaat het schrijven van informatie naar en het lezen van een SSD veel sneller (tientallen keren) dan vanaf een HDD. De werking van een conventionele harde schijf wordt sterk belemmerd door de beweging van de lees-/schrijfkop. En omdat Als de SSD dit niet heeft, is er geen probleem.
• Ten tweede is de gegevensoverdrachtsnelheid veel hoger vanwege het gelijktijdige gebruik van alle geheugenmodules die in de SSD-schijf zijn geïnstalleerd.
• Ten derde zijn ze niet zo gevoelig voor schokken. Hoewel harde schijven bepaalde gegevens kunnen verliezen als ze worden geraakt of zelfs kapot gaan, wat het vaakst gebeurt, wees dan voorzichtig!
• Ten vierde verbruiken ze minder energie, waardoor ze gemakkelijk te gebruiken zijn in apparaten die op batterijen werken: laptops, netbooks, ultrabooks.
• Ten vijfde produceert dit type schijf vrijwel geen geluid tijdens het gebruik, terwijl we bij het werken van harde schijven de rotatie van de schijven en de beweging van de kop horen. En als ze falen, komt er meestal een krachtig krakend of kloppend geluid uit de koppen.

Maar laten we niet verbergen: misschien zijn er twee nadelen van SSD's: 1) voor zijn bepaalde capaciteit betaal je veel meer dan voor een harde schijf met een identieke hoeveelheid geheugen (het verschil zal meerdere keren zijn, hoewel het elk jaar minder wordt en minder); 2) SSD's hebben een relatief klein, beperkt aantal lees-/schrijfcycli (d.w.z. een inherent beperkte levensduur).

We maakten dus kennis met het concept van "harde schijf", onderzochten de structuur, het werkingsprincipe en de kenmerken van verschillende verbindingsinterfaces. We hopen dat de verstrekte informatie gemakkelijk te begrijpen en, belangrijker nog, nuttig was.

Als u moeite heeft met kiezen, als u niet kunt bepalen welk type harde schijven uw moederbord ondersteunt, welke interface geschikt is of welk formaat HDD het beste bij uw behoeften past, dan kunt u altijd terecht bij de computerservice van Compolife voor hulp in ons hele grondgebied. dienst.

Onze specialisten helpen u bij het kiezen en vervangen van een harde schijf. Daarnaast kunt u bij ons de installatie van een nieuw apparaat in uw systeemunit of laptop bestellen.

Bel een specialist