Накопители на жестких магнитных дисках

44,Типовой накопитель состоит из герметичного корпуса (гермо­блока) и платы электронного блока. В гермоблоке размещены все механические части, на плате — вся управляющая электроника. Внутри гермоблока установлен шпиндель с одним или несколькими магнитными дисками, между которыми расположены головки чтения-записи. Под ними расположен двигатель. Ближе к разъе­мам, с левой или правой стороны от шпинделя, находится поворот­ный позиционер магнитных головок. Позиционер соединен с пе­чатной платой гибким ленточным кабелем (иногда одножильными проводами).

Гермоблок заполняется воздухом под давлением в одну атмосфе­ру. В крышках гермоблоков имеется специальное отверстие, закле­енное фильтрующей пленкой, которое служит для поглощения пыли. Габаритные размеры винчестеров стандартизованы по пара­метру, называемому формфактором (Form-Factor).

Подложки магнитных дисков первых винчестеров из­готовлялись из алюминиевого сплава с добавлением магния. В на­стоящее время в качестве основного материала для дисковых пла­стин используется композиционный материал из стекла и керами­ки с малым температурным коэффициентом расширения, что делает их менее восприимчивыми к изменениям температуры, бо­лее прочными. Магнитные диски выпускаются следующих разме­ров: 0,85"; 1,0"; 2,5"; 1,8"; 3,5"; 5,25".

Диски покрываются магнитным веществом — рабочим слоем. Он может быть либо оксидный, либо на основе тонких пленок.

Оксидный рабочий слой представляет собой полимер­ное покрытие с наполнителем из оксида железа. Диски с таким рабо­чим слоем отличаются простым и недорогим процессом изготовле­ния. Однако требуемое качество рабочей поверхности для накопите­лей большой емкости в рамках такой технологии оказалось получить невозможно. На смену пришла тонкопленочная технология.

Рабочий слой на основе тонких пленок имеет меньшую толщину и более прочен; качество его поверхности гораз­до выше. Тонкопленочная технология легла в основу производства накопителей нового поколения, в которых удалось уменьшить за­зор между головками и поверхностями дисков до 0,05... 0,08 мкм и, следовательно, повысить плотность записи данных.

47Головки чтения-записи предусмотрены для каждой сто­роны диска. Когда накопитель выключен, головки касаются диска. При раскручивании дисков возрастает аэродинамическое давление воздуха на головки, что приводит к их отрыву от рабочих поверх­ностей дисков. Чем ближе располагается головка к поверхности диска, тем выше амплитуда воспроизводимого сигнала.

Механизм привода головок обеспечивает перемеще­ние головок от центра дисков к краям и фактически определяет надежность накопителя, его температурную стабильность и вибра­ционную устойчивость. Все существующие механизмы привода го­ловок подразделяются на два основных типа: с шаговым двигателем и подвижной катушкой.

Гермоблок заполняется воздухом под давлением в одну атмосфе­ру. В крышках гермоблоков имеется специальное отверстие, закле­енное фильтрующей пленкой, которое служит для поглощения пыли. Габаритные размеры винчестеров стандартизованы по пара­метру, называемому формфактором (Form-Factor).

Подложки магнитных дисков первых винчестеров из­готовлялись из алюминиевого сплава с добавлением магния. В на­стоящее время в качестве основного материала для дисковых пла­стин используется композиционный материал из стекла и керами­ки с малым температурным коэффициентом расширения, что делает их менее восприимчивыми к изменениям температуры, бо­лее прочными. Магнитные диски выпускаются следующих разме­ров: 0,85"; 1,0"; 2,5"; 1,8"; 3,5"; 5,25".

Диски покрываются магнитным веществом — рабочим слоем. Он может быть либо оксидный, либо на основе тонких пленок.

Оксидный рабочий слой представляет собой полимер­ное покрытие с наполнителем из оксида железа. Диски с таким рабо­чим слоем отличаются простым и недорогим процессом изготовле­ния. Однако требуемое качество рабочей поверхности для накопите­лей большой емкости в рамках такой технологии оказалось получить невозможно. На смену пришла тонкопленочная технология.

Рабочий слой на основе тонких пленок имеет меньшую толщину и более прочен; качество его поверхности гораз­до выше. Тонкопленочная технология легла в основу производства накопителей нового поколения, в которых удалось уменьшить за­зор между головками и поверхностями дисков до 0,05... 0,08 мкм и, следовательно, повысить плотность записи данных.

47Головки чтения-записи предусмотрены для каждой сто­роны диска. Когда накопитель выключен, головки касаются диска. При раскручивании дисков возрастает аэродинамическое давление воздуха на головки, что приводит к их отрыву от рабочих поверх­ностей дисков. Чем ближе располагается головка к поверхности диска, тем выше амплитуда воспроизводимого сигнала.

Механизм привода головок обеспечивает перемеще­ние головок от центра дисков к краям и фактически определяет надежность накопителя, его температурную стабильность и вибра­ционную устойчивость. Все существующие механизмы привода го­ловок подразделяются на два основных типа: с шаговым двигателем и подвижной катушкой.

Диски имеют функцию автоматической парковки, т. е. при включении и выключении ПК головки устанавливаются по мере необходимости на определенный, чаще всего последний ци­линдр. При парковке головки автоматически блокируются, и их дальнейшая работа невозможна.

Основные характеристики

Основными характеристиками накопителей на жестких дисках, которые следует принимать во внимание при выборе устройства, являются емкость, быстродействие и время безотказной работы.

Емкость винчестера определяется максимальным объемом дан­ных, которые можно записать на носитель. Реальная величина ем­кости винчестера достигает терабайтов

Среднее время поиска (average seek time) — усредненное время, которое необходимо для установки головок на случайно заданную дорожку диска

Время поиска (seek time) — время, которое необходимо для уста­новки головок в нужную позицию (на дорожку, где будут произво­диться операции чтения-записи данных).

Скорость передачи данных (Maximum Data Transfer Rate — MDTR) зависит от таких характеристик винчестера, как число байтов в сек­торе, число секторов на дорожке, скорость вращения дисков, и мо­жет быть рассчитана по формуле:

Время безотказной работы для накопителей определяется рас­четным среднестатистическим временем между отказами (Mean TimeBetween Failures — MTBF), характеризующим надежность устройства, указывается в документации и достигает 1,2 млн ч.

47Подобно дискетам, жесткий диск делится на дорожки и секторы, как показано на рис. 3.5. Каждая дорожка однозначно определяется номером головки и порядковым номером, отсчитываемым на диске относительно внешнего края. Накопитель содержит несколько дис­ков, расположенных один над другим; их разбиения идентичны. Поэтому принято рассматривать пакет жестких дисков в виде ци­линдров, каждый из которых состоит из аналогичных дорожек на поверхностях каждого диска. Секторы идентифицируются своим порядковым номером относительно начала дорожки. Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, а головок и цилин­дров — с нуля.

Число секторов может быть от 17 до 150 в зависимости от типа накопителя. Каждый сектор содержит данные и служебную инфор­мацию. Обычно объем сектора составляет 571 байт. В начале каж­дого сектора записывается заголовок (Prefix Portion), по которому определяется начало сектора и его номер, а в конце сектора (Suffix Portion — заключение сектора) содержится контрольная сумма, не­обходимая для проверки целостности данных. Между заголовком и заключением сектора располагается область данных объемом 512 байт (для DOS). Таким образом, запись информации на дорож­ках осуществляется блоками по 512 байт.