Жорсткі диски, або, як їх ще називають, вінчестери є однією з найголовніших складових комп'ютерної системи. Про це знають усі. Але далеко не кожен сучасний користувач навіть у принципі здогадується про те, як функціонує жорсткий диск. Принцип роботи загалом для базового розуміння досить нескладний, проте тут є свої нюанси, про які далі й йтиметься.

Питання призначення та класифікації жорстких дисків?

Питання призначення, звісно, ​​риторичне. Будь-який користувач, хай навіть самого початкового рівнявідразу ж відповість, що вінчестер (він же жорсткий диск, він же Hard Driveабо HDD) відразу ж відповість, що він слугує для зберігання інформації.

Загалом і загалом правильно. Не варто забувати, що на жорсткому диску, крім операційної системи та файлів користувача, є створені ОС завантажувальні сектори, завдяки яким вона і стартує, а також деякі мітки, за якими на диску можна швидко знайти потрібну інформацію.

Сучасні моделі досить різноманітні: звичайні HDD, зовнішні жорсткідиски, високошвидкісні твердотільні накопичувачі SSD, хоча їх саме жорстким дискамвідносити та не прийнято. Далі пропонується розглянути пристрій та принцип роботи жорсткого дискаякщо не в повному обсязі, то принаймні в такому, щоб вистачило для розуміння основних термінів і процесів.

Зверніть увагу, що є й спеціальна класифікація сучасних HDD за деякими основними критеріями, серед яких можна виділити такі:

• спосіб зберігання інформації;
• тип носія;
• метод організації доступу до інформації.

Чому жорсткий диск називають вінчестером?

Сьогодні багато користувачів замислюються над тим, чому називають вінчестерами, що належать до стрілецької зброї. Здавалося б, що може бути спільного між цими двома пристроями?

Сам термін з'явився ще далекого 1973 року, коли ринку з'явився перший у світі HDD, конструкція якого складалася з двох окремих відсіків в одному герметичному контейнері. Місткість кожного відсіку становила 30 Мб, через що інженери дали диску кодову назву «30-30», що було повною мірою співзвучно з маркою популярної на той час рушниці «30-30 Winchester». Щоправда, на початку 90-х в Америці та Європі ця назва практично вийшла з вживання, проте досі залишається популярною на пострадянському просторі.

Пристрій та принцип роботи жорсткого диска

Але ми відволіклися. Принцип роботи жорсткого диска можна коротко описати як процеси зчитування або запису інформації. Але як це відбувається? Для того щоб зрозуміти принцип роботи жорсткого жорсткого диска, в першу чергу необхідно вивчити, як він влаштований.

Сам жорсткий диск є набором пластин, кількість яких може коливатися від чотирьох до дев'яти, з'єднаних між собою валом (віссю), званим шпинделем. Пластини розташовуються одна над одною. Найчастіше матеріалом їх виготовлення служать алюміній, латунь, кераміка, скло тощо. буд. Кожна така пластина за товщиною становить близько 2 мм.

За запис та читання інформації відповідають радіальні головки (по одній на кожну пластину), а в пластинах використовуються обидві поверхні. За якого може становити від 3600 до 7200 об./хв, і переміщення головок відповідають два електричні двигуни.

При цьому основний принцип роботи жорсткого диска комп'ютера полягає в тому, що інформація записується не абияк, а в строго певні локації, звані секторами, які розташовані на концентричних доріжках або треках. Щоб не було плутанини, застосовуються єдині правила. Мається на увазі, що принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках, з погляду їхньої логічної структури, є універсальними. Так, наприклад, розмір одного сектора, прийнятий за єдиний стандарту всьому світі становить 512 байт. У свою чергу сектори поділяються на кластери, що є послідовністю поряд секторів, що знаходяться. І особливості принципу роботи жорсткого диска в цьому відношенні полягають у тому, що обмін інформацією якраз і виробляється цілими кластерами (цілим ланцюжком секторів).

Але як відбувається зчитування інформації? Принципи роботи накопичувача на жорстких магнітнихдиски виглядають наступним чином: за допомогою спеціального кронштейна зчитуюча головка в радіальному (спіралеподібному) напрямку переміщається на потрібну доріжку і при повороті позиціонується над заданим сектором, причому всі головки можуть переміщатися одночасно, зчитуючи однакову інформацію не тільки з різних доріжок, але і різних дисків(Пластин). Усі доріжки з однаковими порядковими номерами називають циліндрами.

При цьому можна виділити ще один принцип роботи жорсткого диска: чим ближче голова, що зчитує, до магнітної поверхні (але не стосується її), тим вище щільність запису.

Як здійснюється запис та читання інформації?

Жорсткі диски, або вінчестери, тому й були названі магнітними, що у них використовуються закони фізики магнетизму, сформульовані ще Фарадеєм та Максвеллом.

Як мовилося раніше, на пластини з немагниточувствительного матеріалу наноситься магнітне покриття, товщина якого становить лише кілька мікрометрів. У процесі роботи виникає магнітне поле, що має так звану доменну структуру.

Магнітний домен є строго обмеженою межами намагніченої області феросплаву. Далі принцип роботи жорсткого диска коротко можна описати так: при виникненні впливу зовнішнього магнітного поля, власне поле диска починає орієнтуватися строго вздовж магнітних ліній, а при припиненні на дисках з'являються зони залишкової намагніченості, в якій і зберігається інформація, яка раніше містилася в основному полі .

За створення зовнішнього поляпри записі відповідає зчитуюча головка, а при читанні зона залишкової намагніченості, опинившись навпроти головки, створює електрорушійну силуабо ЕРС. Далі все просто: зміна ЕРС відповідає одиниці в двійковому коді, а його відсутність чи припинення – нулю. Час зміни ЕРС прийнято називати бітовим елементом.

Крім того, магнітну поверхню суто з міркувань інформатики можна асоціювати як певну точкову послідовність бітів інформації. Але оскільки розташування таких точок абсолютно точно обчислити неможливо, на диску потрібно встановити якісь заздалегідь передбачені мітки, які допомогли визначити потрібну локацію. Створення таких міток називається форматуванням (приблизно, розбивка диска на доріжки та сектори, об'єднані в кластери).

Логічна структура та принцип роботи жорсткого диска з погляду форматування

Що стосується логічної організації HDD, тут на перше місце виходить саме форматування, в якому розрізняють два основні типи: низькорівневий (фізичний) і високорівневий (логічний). Без цих етапів ні про яке приведення жорсткого диска робочий станговорити не доводиться. Про те, як ініціалізувати новий вінчестер, буде сказано окремо.

Низькорівневе форматування передбачає фізичний впливна поверхню HDD, у якому створюються сектори, розташовані вздовж доріжок. Цікаво, що принцип роботи жорсткого диска такий, що кожен створений сектор має свою унікальну адресу, що включає номер самого сектора, номер доріжки, на якій він розташовується, і номер сторони пластини. Таким чином, при організації прямого доступу та ж оперативна пам'ять звертається безпосередньо за заданою адресою, а не шукає потрібну інформацію по всій поверхні, за рахунок чого досягається швидкодія (хоча це і не найголовніше). Зверніть увагу, що під час виконання низькорівневого форматуваннястирається абсолютно вся інформація, і відновленню вона здебільшого не підлягає.

Інша справа - логічне форматування(у Windows-системах це швидке форматуванняабо Quick format). Крім того, ці процеси застосовні і до створення логічних розділів, що становлять певну область основного жорсткого диска, що працює за тими ж принципами.

Логічне форматування, перш за все, зачіпає системну область, що складається з завантажувального сектората таблиць розділів (завантажувальний запис Boot record), таблиці розміщення файлів (FAT, NTFS і т. д.) та кореневого каталогу (Root Directory).

Запис інформації в сектори проводиться через кластер декількома частинами, причому в одному кластері не може міститися два однакові об'єкти (файли). Власне, створення логічного розділу, як би відокремлює його від основного системного розділу, внаслідок чого інформація, на ньому зберігається, при появі помилок і збоїв змін або видалення не схильна.

Основні характеристики HDD

Здається, в загальних рисахпринцип роботи жорсткого диска дещо зрозумілий. Тепер перейдемо до основних характеристик, які дають повне уявленняпро всі можливості (або недоліки) сучасних вінчестерів.

Принцип роботи жорсткого диска та основні характеристики можуть бути зовсім різними. Щоб зрозуміти, про що йдеться, виділимо основні параметри, якими характеризуються всі відомі на сьогодні накопичувачі інформації:

• ємність (обсяг);
• швидкодія (швидкість доступу до даних, читання та запис інформації);
• інтерфейс (спосіб підключення, тип контролера).

Місткість є загальною кількістю інформації, яка може бути записана і збережена на вінчестері. Індустрія з виробництва HDD розвивається так швидко, що сьогодні у побут увійшли вже жорсткі дискиз обсягами близько 2 Тб та вище. І, як вважається, це ще не межа.

Інтерфейс – сама Значна характеристика. Вона визначає, яким саме способом пристрій підключається до материнської плати, який саме контролер використовується, як здійснюється читання та запис і т. д. Основними та найпоширенішими інтерфейсами вважаються IDE, SATA та SCSI.

Диски з IDE-інтерфейсом відрізняються невисокою вартістю, проте серед головних недоліків можна виділити обмежену кількість пристроїв, що одночасно підключаються (максимум чотири) і невисоку швидкість передачі даних (причому навіть за умови підтримки прямого доступу до пам'яті Ultra DMA або протоколів Ultra ATA (Mode 2 і Mode) 4) Хоча, як вважається, їх застосування дозволяє підвищити швидкість читання/запису до рівня 16 Мб/с, але насправді швидкість набагато нижча, крім того, для використання режиму UDMA потрібна установка спеціального драйвера, який, по ідеї, повинен поставлятися в комплекті з материнською платою.

Говорячи про те, що являє собою принцип роботи жорсткого диска та характеристики, не можна обминути стороною і який є спадкоємцем версії IDE ATA. Перевага цієї технології полягає в тому, що швидкість читання/запису можна підвищити до 100 Мб/с за рахунок використання високошвидкісної шини Fireware IEEE-1394.

Нарешті, інтерфейс SCSI в порівнянні з двома попередніми є найбільш гнучким і найшвидшим (швидкість запису/читання досягає 160 Мб/с і вище). Але й коштують такі вінчестери практично вдвічі дорожчі. Зате кількість пристроїв зберігання інформації, що одночасно підключаються, складає від семи до п'ятнадцяти, підключення можна здійснювати без знеструмлення комп'ютера, а довжина кабелю може становити близько 15-30 метрів. Власне, цей тип HDDпереважно застосовується над користувацьких ПК, але в серверах.

Швидкодія, що характеризує швидкість передачі і пропускну здатність введення/виводу, зазвичай виражається часом передачі та обсягом переданих розташованих послідовно даних і виражається в Мб/с.

Деякі додаткові параметри

Говорячи про те, що є принципом роботи жорсткого диска і які параметри впливають на його функціонування, не можна обійти стороною і деякі додаткові характеристики, від яких може залежати швидкість або навіть термін експлуатації пристрою.

Тут першому місці виявляється швидкість обертання, яка безпосередньо впливає час пошуку і ініціалізації (розпізнавання) потрібного сектора. Це так зване прихований часпошуку - інтервал, протягом якого необхідний сектор повертається до головки, що зчитує. Сьогодні прийнято кілька стандартів для швидкості обертання шпинделя, вираженої в обертах за хвилину з часом затримки в мілісекундах:

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

Неважко зауважити, що чим вища швидкість, тим менший час витрачається на пошук секторів, а у фізичному плані – на оборот диска до установки для голівки потрібної точки позиціонування пластини.

Ще один параметр – внутрішня швидкість передачі. На зовнішніх доріжках вона мінімальна, але при поступовому переході на внутрішні доріжки збільшується. Таким чином, той же процес дефрагментації, що являє собою переміщення часто використовуваних даних у найшвидші області диска, - не що інше, як перенесення їх на внутрішню доріжку з більшою швидкістю читання. Зовнішня швидкість має фіксовані значення і залежить від використовуваного інтерфейсу.

Нарешті, один з важливих моментів пов'язаний з наявністю жорсткого диска власної кеш-пам'яті або буфера. По суті принцип роботи жорсткого диска в плані використання буфера в чомусь схожий на оперативну або віртуальну пам'ять. Чим більший обсяг кеш-пам'яті (128-256 Кб), тим швидше працюватиме жорсткий диск.

Головні вимоги до HDD

Основних вимог, які здебільшого пред'являються жорстким дискам, негаразд і багато. Головне – тривалий термін служби та надійність.

Основним стандартом для більшості HDD вважається термін служби близько 5-7 років з часом напрацювання не менше п'ятисот тисяч годин, але для вінчестерів високого класуцей показник становить щонайменше мільйон годин.

Що стосується надійності, це відповідає функція самотестування S.M.A.R.T., яка стежить за станом окремих елементів жорсткого диска, здійснюючи постійний моніторинг. За підсумками зібраних даних може формуватися навіть прогноз прогноз появи можливих несправностей надалі.

Зрозуміло, що й користувач не повинен залишатися осторонь. Так, наприклад, при роботі з HDD вкрай важливо дотримуватися оптимального температурного режиму (0 - 50 ± 10 градусів Цельсія), уникати струсів, ударів і падінь вінчестера, потрапляння в нього пилу або інших дрібних частинок і т. д. До речі, багатьом буде Цікаво дізнатися, що ті ж частинки тютюнового диму приблизно вдвічі більше відстані між головкою, що зчитує, і магнітною поверхнею вінчестера, а людського волосся - в 5-10 разів.

Питання ініціалізації у системі при заміні вінчестера

Тепер кілька слів про те, які дії потрібно вжити, якщо з якихось причин користувач міняв жорсткийдиск або встановлював додатковий.

Повністю описувати цей процес не будемо, а зупинимося лише на основних етапах. Спочатку вінчестер необхідно підключити та подивитися в налаштуваннях BIOS, чи визначилося нове обладнання, в розділі адміністрування дисків провести ініціалізацію та створити завантажувальний запис, створити простий том, присвоїти йому ідентифікатор (літеру) та виконати форматування з вибором файлової системи. Тільки після цього новий гвинт буде повністю готовий до роботи.

Висновок

Ось, власне, і все, що коротко стосується основ функціонування та характеристик сучасних вінчестерів. Принцип роботи зовнішнього жорсткого диска не розглядався принципово, оскільки він практично нічим не відрізняється від того, що використовується для стаціонарних HDD. Єдина різниця полягає лише у методі підключення додаткового накопичувача до комп'ютера чи ноутбука. Найбільш поширеним є з'єднання через USB-інтерфейс, який безпосередньо з'єднаний із материнською платою. При цьому якщо хочете забезпечити максимальна швидкодіякраще використовувати стандарт USB 3.0 (порт всередині пофарбований в синій колір), природно, за умови того, що і сам зовнішній HDDйого підтримує.

В іншому ж, здається, багатьом хоч трохи стало зрозуміло, як функціонує жорсткий диск будь-якого типу. Можливо, вище було наведено занадто багато навіть зі шкільного курсу фізики, проте без цього повною мірою зрозуміти всі основні принципи і методи, закладені в технологіях виробництва та застосування HDD, зрозуміти не вдасться.

Вітаю всіх читачів блогу. Багатьох цікавить питання - як влаштований жорсткий диск комп'ютера. Тому я вирішив присвятити цьому сьогоднішню статтю.

Жорсткий диск комп'ютера (HDD або вінчестер) потрібен для зберігання інформації після вимкнення комп'ютера, на відміну від ОЗУ () - яка зберігає інформацію до припинення подачі живлення (до вимкнення комп'ютера).

Жорсткий диск, по-праву, можна назвати справжнім витвором мистецтва, лише інженерним. Так Так саме так. Так складно там усередині все влаштовано. на Наразіу всьому світі жорсткий диск - це найпопулярніший пристрій для зберігання інформації, він стоїть в одному ряду з такими пристроями, як флеш-пам'ять (флешки), SSD. Багато хто чує про складність пристрою жорсткого диска і дивується, як у ньому міститься так багато інформації, а тому хотіли б дізнатися, як влаштований або з чого складається жорсткий диск комп'ютера. Сьогодні буде така можливість.

Жорсткий диск складається із п'яти основних частин. І перша з них – інтегральна схема, яка синхронізує роботу диска з комп'ютером та керує всіма процесами.

Друга частина – електромотор(шпиндель), змушує обертатися диск зі швидкістю приблизно 7200 об/хв, а інтегральна схема підтримує швидкість постійної обертання.

А тепер третя, мабуть найважливіша частина - коромисло, Яке може як записувати, так і зчитувати інформацію. Кінець коромисла зазвичай розділений, щоб можна було працювати відразу з кількома дисками. Однак головка коромисла ніколи не стикається з дисками. Існує зазор між поверхнею диска та головкою, розмір цього зазору приблизно в п'ять тисяч разів менший за товщину людського волосся!

Але давайте все ж подивимося, що трапиться, якщо зазор зникне і головка коромисла доторкнеться до поверхні обертового диска. Ми все ще зі школи пам'ятаємо, що F=m*a (другий закон Ньютона, на мою думку), з якого випливає, що предмет з невеликою масою і величезним прискоренням стає неймовірно важким. Враховуючи величезну швидкість обертання самого диска, вага головки коромисла стає дуже відчутною. Природно, що ушкодження диска у разі неминуче. До речі, ось що трапилося з диском, у якого цей зазор з якихось причин зник:

Також важлива роль сили тертя, тобто. її практично повної відсутностіколи коромисло починає зчитувати інформацію, при цьому зміщуючись до 60 разів за секунду. Але заждіть, де ж тут знаходиться двигун, що рухає коромисло, та ще з такою швидкістю? Насправді його не видно, тому що це електромагнітна система, що працює на взаємодії двох сил природи: електрики та магнетизму. Така взаємодія дозволяє розганяти коромисло до швидкостей світла, у сенсі.

Четверта частина- сам жорсткий диск, те, куди записується і звідки зчитується інформація, до речі їх може бути кілька.

Ну і п'ята, завершальна частина конструкції жорсткого диска - це звичайно корпус, в який встановлюються всі інші компоненти. Матеріали застосовуються наступні: майже весь корпус виконаний із пластмаси, але верхня кришка завжди металева. Корпус у зібраному вигляді часто називають "гермозоною". Існує думка, що всередині гермозони немає повітря, а точніше, що там – вакуум. Думка це спирається на той факт, що при таких високих швидкостях обертання диска, навіть порошинка, що потрапила всередину, може наробити багато поганого. І це майже правильно, хіба що вакууму там ніякого немає - а є очищене, осушене повітря або нейтральний газ - азот наприклад. Хоча, можливо в попередніх версіях жорстких дисківзамість того, щоб очищати повітря - його просто відкачували.

Це говорили про компоненти, тобто. із чого складається жорсткий диск. Тепер поговоримо про зберігання даних.

Як і в якому вигляді зберігаються дані на жорсткому диску комп'ютера

Дані зберігаються у вузьких доріжках на диску. При виробництві на диск наноситься понад 200 тисяч таких доріжок. Кожна з доріжок поділена на сектори.

Карти доріжок та секторів дозволяють визначити, куди записати або де рахувати інформацію. Знову ж таки вся інформація про сектори та доріжки знаходиться в пам'яті інтегральної мікросхеми, яка, на відміну від інших компонентів жорсткогодиска, розміщена не всередині корпусу, а зовні та зазвичай знизу.

Сама поверхня диска – гладка та блискуча, але це тільки на перший погляд. При ближчому розгляді структура поверхні виявляється складніше. Справа в тому, що диск виготовляється із металевого сплаву, покритого феромагнітним шаром. Цей шар таки робить всю роботу. Феромагнітний шар запам'ятовує всю інформацію, як? Дуже просто. Головка коромисла намагнічує мікроскопічну область на плівці (феромагнітному шарі), встановлюючи магнітний момент такого осередку в один із станів: або 1. Кожен такий нуль і одиниця називаються бітами. Таким чином, будь-яка інформація, записана на жорсткому диску, по-факту є певною послідовністю і певною кількістю нулів і одиниць. Наприклад, фотографія хорошої якостізаймає близько 29 мільйонів таких осередків, і розкидана по 12 різних секторах. Так, звучить вражаюче, проте насправді - така величезна кількість бітів займає дуже невелику ділянку на поверхні диска. Кожен квадратний сантиметр поверхні жорсткогодиск включає кілька десятків мільярдів бітів.

Принцип роботи жорсткого диска

Ми щойно з вами розглянули пристрій жорсткогодиска, кожен його компонент окремо. Тепер пропоную зв'язати все в систему, завдяки чому буде зрозумілий сам принцип роботи жорсткого диска.

Отже, принцип, за яким працює жорсткий дискнаступний: коли жорсткий диск включається в роботу - це означає або на нього здійснюється запис, або з нього йде читання інформації, або з нього електромотор (шпиндель) починає набирати оберти, а оскільки жорсткі диски закріплені на самому шпинделі, відповідно вони разом з ним теж починають обертатися. І поки оберти диска(ів) не досягли того рівня, щоб між головкою коромисла і диском утворилася повітряна подушка, коромисло, щоб уникнути пошкоджень, знаходиться в спеціальній "паркувальній зоні". Ось як це виглядає.

Як тільки обороти досягають потрібного рівня, сервопривід (електромагнітний двигун) надає руху коромисло, яке вже позиціонується в те місце, куди потрібно записати або звідки рахувати інформацію. Цьому якраз сприяє інтегральна мікросхема, яка керує всіма рухами коромисла.

Поширена думка, такий міф, що у моменти часу, коли диск " простоює " , тобто. з ним тимчасово не здійснюється жодних операцій читання/запису, жорсткі диски всередині перестають обертатися. Це дійсно міф, бо насправді жорсткі диски всередині корпусу обертаються постійно, навіть тоді, коли вінчестер знаходиться в енергозберігаючому режимі і на нього нічого не записується.

Ну ось ми і розглянули з вами пристрій жорсткого диска комп'ютера у всіх подробицях. Звичайно ж, в рамках однієї статті не можна розповісти про все, що стосується жорстких дисків. Наприклад, у цій статті не було сказано про - це велика тема, я вирішив написати про це окрему статтю.

Знайшов цікаве відео, про те, як працює жорсткий диск у різних режимах

Дякую всім за увагу, якщо ви ще не підписані на оновлення цього сайту - дуже рекомендую це зробити, щоб не пропустити цікаві і корисні матеріали. До зустрічі на сторінках блогу!

Пристрій жорсткого диска

Артем Рубцов,R.LAB Уточнення зв'язку між російськомовною та англомовною термінологією виконано Леонідом Воржовим.

Мета цієї статті – описати пристрій сучасного жорсткого диска, розповісти про його головні компоненти, показати, як вони виглядають та називаються. Крім того, ми покажемо зв'язок між російськомовною та англомовною термінологіями, що описують компоненти жорстких дисків.

Для наочності розберемо 3.5-дюймовий SATA диск. Це буде абсолютно новий терабайтник Seagate ST31000333AS. Оглянемо нашого піддослідного кролика.

Зелений текстоліт з мідними доріжками, роз'ємами живлення та SATA називається платою електроніки або платою керування (Printed Circuit Board, PCB). Вона керує роботою жорсткого диска. Чорний алюмінієвий корпус та його вміст називається гермоблоком (Head and Disk Assembly, HDA), фахівці також називають його "банком". Сам корпус без вмісту також називають гермоблок (base).

Тепер знімемо друковану плату та вивчимо розміщені на ній компоненти.

Першим у вічі впадає великий чіп, розташований посередині – мікроконтролер, або процесор (Micro Controller Unit, MCU). На сучасних жорстких дисках мікроконтролер складається з двох частин – власне центрального процесора (Central Processor Unit, CPU), який здійснює всі обчислення, та каналу читання/запису (read/write channel) – особливого пристрою, що перетворює вступник з головок аналоговий сигналв цифрові дані під час операції читання та кодуючий цифрові дані в аналоговий сигнал під час запису. Процесор має порти вводу-виводу (IO ports) для керування іншими компонентами, розташованими на друкованій платі, та передачі даних через SATA-інтерфейс.

Чіп пам'яті (memory chip) є звичайною DDR SDRAM пам'ять. Об'єм пам'яті визначає розмір кешу жорсткого диска. На цій друкованій платі встановлена ​​пам'ять Samsung DDR об'ємом 32 Мб, що теоретично дає диску кеш в 32 Мб (і саме такий обсяг наводиться в технічних характеристиках жорсткого диска), але це не зовсім правильно. Справа в тому, що пам'ять логічно розділена на буферну пам'ять (кеш) та пам'ять прошивки. Процесор потребує певного обсягу пам'яті для завантаження модулів прошивки. Наскільки ми знаємо, тільки Hitachi/IBM вказують дійсний обсяг кешу в описі технічних характеристик; щодо інших дисків, про обсяг кешу залишається лише гадати.

Наступний чіп - контролер управління двигуном і блоком головок, або "крутилка" (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Крім того, цей чіп управляє вторинними джерелами живлення, розташованими на платі, від яких живиться процесор і мікросхема підсилювача-комутатора (preamplifier, preamp), розташована в гермоблоці. Це головний споживач енергії на друкованій платі. Він керує обертанням шпинделя та рухом головок. Ядро VCM-контролера може працювати навіть при температурі 100° C.

Частина прошивки диска зберігається у флеш-пам'яті. При подачі живлення на диск мікроконтролер завантажує вміст флеш-чіпа в пам'ять і приступає до виконання коду. Без коректно завантаженого коду диск навіть не забажає розкручуватись. Якщо на платі немає флеш-чіп, значить, він вбудований в мікроконтролер.

Датчик вібрації (shock sensor) реагує на небезпечну для диска тряску і посилає сигнал про це контролеру VCM. Контролер VCM негайно паркує головки та може зупинити обертання диска. Теоретично такий механізм повинен захищати диск від додаткових пошкоджень, але на практиці він не працює, так що не кидайте диски. На деяких дисках датчик вібрації має підвищену чутливість, реагуючи на найменшу вібрацію. Отримані дані датчика дозволяють контролеру VCM коригувати рух головок. На таких дисках встановлено щонайменше два датчики вібрації.

На платі є ще один захисний пристрій – обмежувач перехідної напруги (Transient Voltage Suppression, TVS). Він захищає плату від стрибків напруги. При стрибку напруги TVS перегорає, створюючи коротке замикання землі. На цій платі встановлено два TVS, на 5 та 12 вольт.

Тепер розглянемо гермоблок.

Під платою знаходяться контакти двигуна та головок. Крім того, на корпусі диска є маленький, майже непомітний отвір (breath hole). Воно слугує для вирівнювання тиску. Багато хто вважає, що всередині жорсткого диска знаходиться ваккум. Насправді, це не так. Цей отвір дозволяє диску вирівняти тиск усередині та зовні гермозони. З внутрішньої сторони цей отвір прикритий фільтром (breath filter), який затримує частинки пилу та вологи.

Тепер заглянемо усередину гермозони. Знімемо кришку диска.

Сама кришка не є нічого цікавого. Це просто шматок металу із гумовою прокладкою для захисту від пилу. Нарешті розглянемо начинку гермозони.

Дорогоцінна інформація зберігається на металевих дисках, які називаються також млинцями або пластинами (platters). На фотографії ви бачите верхній млинець. Пластини виготовляються з полірованого алюмінію або скла і покриваються кількома шарами різного складу, у тому числі феромагнітною речовиною, на якій, власне, зберігаються дані. Між млинцями, а також над верхнім з них ми бачимо спеціальні пластини, які називаються роздільниками або сепараторами (dampers or separators). Вони потрібні для вирівнювання потоків повітря та зниження акустичних шумів. Як правило, їх виготовляють із алюмінію або пластику. Алюмінієві роздільники успішніше справляються з охолодженням повітря усередині гермозони.

Вид млинців і сепараторів збоку.

Головки читання-запису (heads) встановлюються на кінцях кронштейнів блоку магнітних головок або БМГ (Head Stack Assembly, HSA). Паркувальна зона - це область, в якій повинні бути головки справного диска, якщо шпиндель зупинений. У цього диска паркувальна зона розташована ближче до шпинделя, що видно на фотографії.

На деяких накопичувачах паркування проводиться на спеціальних пластикових майданчиках, розташованих за межами пластин.

Жорсткий диск - механізм точного позиціонування, і для нього нормальної роботипотрібне дуже чисте повітря. У процесі використання всередині жорсткого диска можуть утворюватися мікроскопічні частинки металу та мастила. Для негайної очистки повітря всередині диска є циркуляційний фільтр (recirculation filter). Це високотехнологічний пристрій, який постійно збирає та затримує найдрібніші частинки. Фільтр знаходиться на шляху потоків повітря, що створюються обертанням пластин.

Тепер знімемо верхній магніт і побачимо, що ховається під ним.

У твердих дисках використовуються дуже потужні неодимові магніти. Ці магніти настільки потужні, що можуть піднімати вагу в 1300 разів більшу за їх власну. Так що не варто класти палець між магнітом та металом або іншим магнітом – удар вийде дуже чутливим. На цій фотографії зображено обмежувачі БМГ. Їхнє завдання - обмежити рух головок, залишаючи їх на поверхні пластин. Обмежувачі БМГ різних моделей влаштовані по-різному, але їх завжди два, вони використовуються на сучасних жорстких дисках. На нашому накопичувачі другий обмежувач розташований на нижньому магніті.

Ось що там можна побачити.

Ще бачимо тут котушку (voice coil), що є частиною блоку магнітних головок. Котушка та магніти утворюють привід БМГ (Voice Coil Motor, VCM). Привід та блок магнітних головок утворюють позиціонер (actuator) – пристрій, який переміщує головки. Чорна пластикова деталь складної форми називається фіксатором (actuator latch). Це захисний механізм, що звільняє БМГ після того, як шпиндельний двигун набере певна кількістьоборотів. Відбувається це рахунок тиску повітряного потоку. Фіксатор захищає головки від небажаних рухів у паркувальному положенні.

Тепер знімемо блок магнітних головок.

Точність та плавність руху БМГ підтримується прецизійним підшипником. Найбільша деталь БМГ, виготовлена ​​з алюмінієвого сплаву, зазвичай називається кронштейном чи коромислом (arm). На кінці коромисла знаходяться головки на пружинній підвісці (Heads Gimbal Assembly, HGA). Зазвичай самі головки та коромисла постачають різні виробники. Гнучкий кабель (FPC) йде до контактного майданчика, що стикується з платою управління.

Розглянемо складові БМГ докладніше.

Котушка з'єднана з кабелем.

Підшипник.

На наступній фотографії зображено контакти БМГ.

Прокладка (gasket) забезпечує герметичність з'єднання. Таким чином, повітря може потрапити всередину блоку з дисками та головками лише через отвір для вирівнювання тиску. У цього диска контакти покриті тонким шаром золота поліпшення провідності.

Це класична конструкція коромисла.

Маленькі чорні деталі на кінцях пружинних підвісів називають слайдерами (sliders). Багато джерел вказують, що слайдери і головки - це те саме. Насправді ж слайдер допомагає зчитувати та писати інформацію, піднімаючи головку над поверхнею млинців. На сучасних жорстких дисках головки рухаються з відривом 5–10 нанометрів від поверхні млинців. Для порівняння: людське волосся має діаметр близько 25000 нанометрів. Якщо під слайдер потрапить якась частинка, це може призвести до перегріву головок через тертя і виходу їх з ладу, саме тому важлива чистота повітря всередині гермозони. Самі елементи, що зчитують і записують, знаходяться на кінці слайдера. Вони такі малі, що розглянути їх можна лише в хороший мікроскоп.

Як бачите, поверхня слайдера не пласка, на ній є аеродинамічні канавки. Вони допомагають стабілізувати висоту польоту слайдера. Повітря під слайдером утворює повітряну подушку (Air Bearing Surface, ABS). Повітряна подушка підтримує майже паралельний поверхні млинця політ слайдера.

Ось ще одне зображення слайдера.

Тут добре видно контакти головок.

Це ще одна важлива частина БМГ, яка поки що не обговорювалася. Вона називається підсилювачем (preamplifier, preamp). Підсилювач - це чіп, що управляє головками і посилює сигнал, що надходить до них або від них.

Підсилювач розташовують прямо в БМГ з дуже простої причини - сигнал, що йде з головок, дуже слабкий. На сучасних дисках має частоту близько 1 ГГц. Якщо винести підсилювач за межі гермозони, такий слабкий сигналсильно загасне на шляху до плати управління.

Від підсилювача до голівок (праворуч) веде більше доріжок, ніж до гермозони (ліворуч). Справа в тому, що жорсткий диск не може одночасно працювати більш ніж з однією головкою (парою елементів, що пишуть і зчитують). Жорсткий диск посилає сигнали на підсилювач, і він вибирає голівку, до якої зараз звертається жорсткий диск. Цей жорсткий диск до кожної голівки веде шість доріжок. Навіщо так багато? Одна доріжка – земля, ще дві – для елементів читання та запису. Наступні дві доріжки - для керування міні-приводами, особливими п'єзоелектричними або магнітними пристроями, здатними рухати або повертати слайдер. Це допомагає точніше встановити положення головок над треком. Остання стежка веде до нагрівача. Нагрівач служить регулювання висоти польоту головок. Нагрівач передає тепло підвісу, що з'єднує слайдер та коромисло. Підвіс виготовляється із двох сплавів, що мають різні характеристики теплового розширення. При нагріванні підвіс згинається до поверхні млинця, зменшуючи таким чином висоту польоту головки. При охолодженні підвіс випрямляється.

Досить про голівки, давайте розбирати диск далі. Знімемо верхній сепаратор.

Ось як він виглядає.

На наступній фотографії ви бачите гермозону зі знятим верхнім роздільником і блоком головок.

Став видно нижній магніт.

Тепер притискне кільце (platters clamp).

Це кільце утримує блок пластин разом, не даючи їм рухатися одна щодо одної.

Млинці нанизані на шпиндель (spindle hub).

Тепер коли млинці ніщо не утримує, знімемо верхній млинець. Ось що під ним.

Тепер зрозуміло, рахунок чого створюється простір для головок - між млинцями знаходяться розділові кільця (spacer rings). На фотографії видно другий млинець і другий сепаратор.

Кільце розділення - високоточна деталь, виготовлена ​​з немагнітного сплаву або полімерів. Знімемо його.

Витягнемо з диска все інше, щоб оглянути дно гермоблока.

Такий вигляд має отвір для вирівнювання тиску. Воно розташовується просто під повітряним фільтром. Розглянемо фільтр уважніше.

Оскільки повітря, що надходить зовні, обов'язково містить пил, фільтр має кілька шарів. Він набагато товщий за циркуляційний фільтр. Іноді він містить частинки силікагелю для боротьби з вологістю повітря.

Принцип роботи жорсткого диска є досить простим. Типовий вінчестер складається з декількох основних вузлів, як:

• корпус із удароміцного сплаву,
• пластини з магнітним покриттям,
• блок головок із пристроєм для позиціонування,
• блок електроніки та
• електропривод.

Багато користувачів вважають, що жорсткі диски герметичні. Однак це не так – всередині потрібно підтримувати постійний тиск при коливаннях температур. У зв'язку з цим жорсткий диск оснащений фільтром, який затримує частинки діаметром до кількох мікрометрів.

Блок електроніки містить власний пристрій і кілька підблоків, які відповідають за цифрову обробкусигналу, керування та роботу з інтерфейсом. Робота жорсткого диска сильно нагадує структуру магнітофона. Робоча поверхнядиска рухається з певною швидкістю щодо голівки, що зчитує. Під час процедури запису чи читання головки ширяють над поверхнею диска на повітряній подушці. Якщо в зазор між диском і головкою потрапить порошинка, то головки можуть вдаритися об поверхню, зіпсувати диск і навіть згоріти.

Магнітний диск може бути виготовлений не тільки з металу, але і зі скла, як це було в моделях від IBM. На поверхні диска знаходиться магнітний шар, який служить основою для запису інформації. Біти інформації записуються за допомогою головки, яка проходячи над поверхнею диска, що обертається, намагнічує мільярди горизонтальних дискретних областей - доменів. Кожна з цих областей є логічним нулем або одиницею залежно від намагніченості.

Спочатку поверхня млинця абсолютно порожня, тобто магнітні домени не спрямовані. Для орієнтування блоку магнітних головок на магнітний диск наносяться спеціальні мітки – серво-мітки. Це здійснюється «рідним» блоком магнітних головок, який керується своєю чергою зовнішнім пристроєм. Після розмітки жорсткийдиск сам може читати інформацію і записувати на поверхню. При великих обсягах вінчестера в нього встановлюється кілька магнітних дисків, які закріплюються на шпиндельному двигуні, і утворюють стос млинців.

Характеристики

Інтерфейс- у загальному випадку визначає місце або спосіб з'єднання/дотику/зв'язку. Цей термін використовується в різних галузях науки та техніки. Сучасні накопичувачі можуть використовувати інтерфейси SATA, IDE, USB, IEEE 1394 і т.д.

Фізичний розмір(Форм-фактор) - встановлений типорозмір жорсткого диска. Накопичувачі для персональних комп'ютерів та серверів мають розмір 3.5 дюйми. Вінчестери у форматі 2.5 дюйми частіше застосовуються в ноутбуках. Інші поширені формати – 1.8 дюйма, 1.3 дюйма та 0.85 дюйма.

Швидкість обертання шпинделя- кількість обертів шпинделя за хвилину. Від цього параметра значною мірою залежить час доступу і швидкість передачі. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 та 7200 (ноутбуки), 7200 та 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 та 15 000 об/хв (сервери та високопродуктивні робочі станції).

Час довільного доступу- параметр своєрідної оцінки швидкості роботи жорсткого диска. У англійськоювикористовується аналог random access time. Середній час доступу для сучасних моделейколивається від 3 до 15 мс. Чим менше значення, тим краще. Як правило, мінімальний час мають серверні диски.

Ринок HDD

Історія

Назва

Для словосполучення типу Hard Disk Drive (HDD) лінгвісти використовують назву-ретронім – термін, придуманий лінгвістами для вже нової назви існуючого явища, щоб відрізняти його від чогось нового, в даному випадкувід гнучких дисків. І ось дивна ситуація: гнучких дисків немає, потреби розрізняти гнучкі дискивід твердих немає, а ретронім залишився, але тепер він служить для відмінності HDDвід твердотільних накопичувачів Solid State Drive/Disk (SSD), які загалом і дисками не є.

Величезні магнітофони

Успіх дисків виглядає як казус. У механічному пристрої, що став невід'ємною частиною електронних систем, час переміщення головок вимірюється зовсім іншими величинами, ніж швидкість електронних процесів. На відсутність гармонії у союзі між електронікою та механікою звернули увагу давно, ще у п'ятдесяті роки, коли створювалися перші диски. Але тоді механіці не було альтернативи, оскільки напівпровідникові технології робили лише перші кроки, довелося свідомо піти на нерівний шлюб задля досягнення мети, проте він виявився більш ніж успішним. Метою ж був прямий доступ до великих (за тими мірками) обсягів даних, який залишався неможливим, поки дані зчитувалися в потоці або зі стрічки, або з перфокарт. Зчитані з носія дані можна було розмістити або в крихітній оперативній пам'яті, або робити свопінг та підкачувати дані з барабана. В деяких операційні системибули утиліти для читання файлів зі стрічок, але це був страшенно повільний процес.

На ранньому етапі розвитку комп'ютерних системтипові жорсткі диски були лише експериментальними моделями. Комп'ютери були схожі на величезні магнітофони. У принципі запис та читання інформації анітрохи не відрізнялися від звичайного касетника – дані розташовувалися лінійно. Ті, хто також пам'ятає ПК на основі носіїв з магнітною плівкою, знають, як це чекати на завантаження чергового рівня - звичайної перемотування касети на потрібне місце.

Перші персональні комп'ютеривикористовували як накопичувач звичайний касетний аудіо магнітофон. Дисковод для них був недозволеною розкішшю. Ті користувачі, у яких разом із ПК постачався дисковод, вже могли відчути певну подобу свободи дій. Перші комп'ютери фірми IBM постачалися з одним або двома дисководами.

Диски Рабінова

Ідея диска як пристрою з головками, що переміщаються по простору, лежала на поверхні і спроби її реалізувати робилися багатьма компаніями. У комп'ютерному музеї в Маунтін Вью зберігається кілька варіантів дисків. Комерційний успіх раніше за інших прийшов до IBM, здатної витратити на розробку більше інших, тому у всіх хроніках еволюції дисків як початкова точка вказується дата 1956 і накопичувач на дисках, що входив до складу комп'ютера IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), у назві якого прямо зазначено з його унікальну на той час можливість довільного доступу – Random Access Method.

Але IBM була першою. Раніше за всіх працюючий накопичувач зробив самородок-винахідник Яків Рабінов (1910-1999) у 1951 році, який все життя віддав роботі в Національному бюро стандартів. Він народився у Харкові, в оригіналі його прізвище було Рабіновичу, після революції в 1921 році він з батьками через Китай перебрався до , а потім майже 70 років пропрацював у дослідницькому підрозділі Національного бюро стандартів. Рабінов не став вченим, але він був генієм практичних винаходів, серед них, наприклад, удосконалена технологія карбування, що продовжує термін життя монет, винахід приніс Державному казначейству багато мільярдів економії на випуску металевої дрібниці. Однак лише один з його винаходів – пристрій, який називався Notched-Disk Magnetic Memory Device – не приніс йому ні грошей, ні прижиттєвого визнання. Воно складалося з десяти 18-ти дюймових млинців, так у подальшому стали називати власне диски, з вирізаним сегментом, щоб їх можна було міняти на осі.

Експерти з IBM вивчали винахід Рабінова та не приховували пріоритет. Проаналізувавши диск Рабінова, 1953 року вони випустили звіт «Пропозиції щодо довільного доступу до файлів даних» (A Proposal for Rapid Random Access File), який став основою проекту RAMAC.

1956: IBM RAMAC - шафа 975 кг

2000-і: Перпендикулярний магнітний запис

Коли виробники HDDзіткнулися з межею місткості на початку 2000-х, Toshiba та Seagate упорядкували розташування бітів даних на пластині диска. Зміна з поздовжньої на перпендикулярну магнітну запис збільшило ємність HDD не мало не багато в 10 разів.

2012: Щільність розміщення інформації на дисках може подвоїтися до 2016 року

Максимальна щільність розміщення інформації на жорстких дисках може подвоїтися до 2016, за даними чергового дослідження IHS iSuppli, опублікованого в 2012 році. Раніше з аналогічним прогнозом вже виступив виробник жорстких дисків компанія Seagate. На думку аналітиків, це розширить можливості використання HDDу системах з великими обсягамиданих, у тому числі аудіо та візуальних системах.

Збільшити щільність жорстких дисків дозволять низку технологій, над якими зараз працюють вендори, зокрема, технологія тепло-магнітного запису (HEMR), яку Seagate запатентувала ще в 2006 році. Компанія також заявила, що зможе випустити 3,5-дюймовий диск на 60 Тб до 2016 року. Диски ноутбуків можуть до цього часу досягти вже 10-20 Тб, йдеться в прогнозі IHS iSuppli.

Аналітики також зазначають, що густина запису зросте до максимальних 1800 Гбіт на квадратний дюйм до 2016 року, на 2011 рік аналогічний показник становив 744 Гбіт. За даними IHS iSuppli, щільність запису інформації на диск збільшиться до 2016 до 1800 Гбіт на квадратний дюйм з 744 Гбіт у 2011 році. З 2011 по 2016 рік збільшення щільності запису на HDD збільшиться в середньому на 19% на рік.

На дату виходу дослідження HDD з максимальною щільністю випущено Seagate у вересні 2011 року: на ньому міститься 4Тб даних, розмір диска – 3,5 дюйми. Щільність диска складає 625 Гбіт квадратний дюйм.

HAMR HDD , який використовує лазер на головці читання\запису жорсткого диска щоб щільніше розташовувати менші біти на диску, що обертається в порівнянні з традиційним магнітним записом.

Сучасне уявлення про диски

Диски еволюціонували за кількома магістральними напрямами:

Нинішня хвиля публічного інтересу до SDD не повинна вводити до сумніву щодо майбутнього HDD, ці диски жили і житимуть, постійно розвиваючись і вдосконалюючись. Найближчим часом з'явиться диск ємністю 20 Тб, а загальний випуск постійно зростає на 1–3% на рік.

підвищення швидкості та ємності дисків; вдосконалення доступу до записаних на них даних; пошук альтернативних твердотільних технологій;

Розвиток за першим напрямом призвів до появи таких HDD, які здатні зберігати терабайтні обсяги та підтримувати високі швидкості обміну.

По другому – до створення підтримуючих роботу апаратних і програмних засобів: файлових систем, здатних підтримувати терабайтні диски та абстрагування від фізики зберігання, в т.ч. швидкісних інтерфейсів, RAID-масивів, що забезпечують високу надійність зберігання, мереж зберігання SAN та мережевих накопичувачів NAS.

По-третє - до появи зовсім недавно створених твердотільних пристроїв корпоративного рівня (Solid State Device, SSD) у поєднанні з орієнтованим на ці пристрої інтерфейсом NVMe. Тепер відкрилася можливість «розумного зберігання», тобто автоматичного оптимального витрат перерозподілу зберігання даних між SSD, HDD і стрічками в залежності від затребуваності даних.

Якщо розглядати жорсткий диск в цілому, то він складається з двох основних частин: це плата електроніки, на якій розташовується "мозок" жорсткого диска. На ньому розташовані процесор, так само присутня керуюча програма, оперативний пристрій, підсилювач запису і читання. До механічної частини відносяться такі частини як блок магнітних головок мають абревіатуру БМГ, двигун, який надає обертання пластин, і самі пластини. Давайте розглянемо кожну частину детальніше.

Гермоблок.

Гермоблок він корпус жорсткого диска - призначений для кріплення всіх деталей, а так само виконує функцію захисту від попадання частинок пилу на поверхню пластин. Розтин гермоблока, можна здійснювати тільки в спеціально підготовленому для цього приміщенні, щоб уникнути попадання пилу і бруду всередину корпусу.

Інтегральна схема.

Інтегральна схема або плата електроніки синхронізує роботу жорсткого диска з комп'ютером та керує всіма процесами, зокрема вона підтримує постійну швидкість обертання шпинделя і відповідно пластини, що здійснюється двигуном.

Електродвигун.

Електромотор або двигун обертає пластини: близько 7200 оборотів в секунду (взято середнє значення, є вінчестери на яких швидкість вища і доходить до 15000 оборотів в секунду, а є і з меншою швидкістю близько 5400, від швидкості обертання пластин залежить швидкість доступу до потрібної інформаціїна жорсткому диску).

Коромисло.

Коромисло призначене для запису та читання інформації з пластин жорсткого диска. Кінець коромисла розділений і на ньому знаходиться блок магнітних головок, це зроблено для того, щоб можна було записувати і зчитувати інформацію з декількох пластин.

Блок магнітних голівок.

До складу коромисла входить блок магнітних головок, який часто виходить з ладу, але це "часто" параметр дуже умовний. Магнітні головки розташовуються згори і знизу пластин і служать безпосереднього зчитування інформації з платин, розташованих на жорсткому диску.

Пластини.

На пластинах безпосередньо зберігається інформація, вони виготовляються з таких матеріалів як алюміній, скло та кераміка. Найбільшого поширення набув алюміній, а ось із двох інших матеріалів виготовляють, так звані "елітні диски". Перші пластини покривалися окисом заліза, але цей феромагнетик мав великий недолік. Диски покриті такою речовиною мали невелику зносостійкість. На даний момент більшість виробників жорсткихдисків покривають пластини кобальтом хрому, у якого запас міцності набагато вище, ніж в окису заліза. Пластисні кріпляться на шпиндель на однаковій один від одного відстані, така конструкція має назву "пакет". Під дисками знаходиться двигун або електромотор.

Кожна сторона пластини розбита на доріжки, вони у свою чергу розділені на сектори або по іншому блоки, всі доріжки одного діаметра являють собою циліндр.

Всі сучасні вінчестери мають так званий інженерний циліндр, на ньому зберігаються службова інформація, така як модель hdd, серійний номер та ін. Ця інформація призначена для зчитування комп'ютером.

Принцип роботи жорсткого диска

Основні принципи роботи жорсткого диска мало змінилися з його створення. Обладнання вінчестера дуже схоже на звичайний програвач грамплатівок. Тільки під корпусом може бути кілька пластин, насаджених на загальну вісь, і головки можуть зчитувати інформацію відразу по обидва боки кожної пластини. Швидкість обертання пластин стала і є однією з основних характеристик. Головка переміщається вздовж пластини на фіксованій відстані від поверхні. Чим менша ця відстань, тим більша точність зчитування інформації, і тим більше може бути щільність запису інформації.

Поглянувши на накопичувач на жорсткому диску, ви побачите лише міцний металевий корпус. Він повністю герметичний і захищає дисковод від частинок пилу, які при попаданні у вузький проміжок між головкою і поверхнею диска можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск з ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод. Усередині корпусу знаходяться всі механізми та деякі електронні вузли. Механізми - це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, які записують та зчитують інформацію з дисків, а також двигуни, що приводять все це в рух.

Диск є круглою пластиною з дуже рівною поверхнею частіше з алюмінію, рідше - з кераміки або скла, покриту тонким феро магнітним шаром. У багатьох накопичувачах використовується шар оксиду заліза (яким покривається звичайна магнітна стрічка), але нові моделі жорстких дисків працюють із шаром кобальту товщиною близько десяти мікронів. Таке покриття міцніше і, крім того, дозволяє значно збільшити щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, що використовується під час виробництва інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різною - від одного до п'яти, кількість робочих поверхонь відповідно вдвічі більша (по дві на кожному диску). Останнє (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає ємність жорсткогодиска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується і може виявитися непарною.

Магнітні головки зчитують та записують інформацію на диски. Принцип запису загалом схожий на те, що використовується у звичайному магнітофоні. Цифрова інформація перетворюється на змінний електричний струм, що надходить на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке може сприйняти диск і "запам'ятати".

Магнітне покриття диска є безліч дрібних областей мимовільної (спонтанної) намагніченості. Для наочності уявіть собі, що диск покритий шаром дуже маленьких стрілок від компаса, спрямованих у різні сторони. Такі частки стрілки називаються доменами. Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до його напряму. Після припинення дії зовнішнього поля поверхні диска утворюються зони залишкової намагніченості. У такий спосіб зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска навпроти зазору магнітної головки, наводять у ній електрорушійну силу, що змінюється в залежності від величини намагніченості.

Пакет дисків, змонтований на осі-шпинделі, рухається спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при включенні деякий час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинен мати запас по пікової потужності. Тепер про роботу головок. Вони переміщаються за допомогою крокового двигуна і як би "пливуть" на відстані в частині мікрона від поверхні диска, не торкаючись його. На поверхні дисків у результаті запису інформації утворюються намагнічені ділянки у формі концентричних кіл.

Вони називаються магнітними доріжками. Переміщаючись, головки зупиняються над кожною наступною стежкою. Сукупність доріжок, розташованих одна під одною всіх поверхнях, називають циліндром. Всі головки накопичувача переміщаються одночасно, здійснюючи доступ до однойменних циліндрів з однаковими номерами.