+7 (495) 656-6281, +7 (495) 922-7982 (Пн-суб: с 10 до 20ч.)
Спец-сервис. Ремонт ноутбуков, материнских плат, видеокарт,  восстановление данных
Главная Новости Статьи Файлы Доставка FAQ Контакты
Наша деятельность

Контакты

Разное

Новости

Статьи

Начало раздела

Жесткие диски. Часть 1. Устройство жесткого диска.


Мало кто в наши дни удивляется тому, что в крошечном iPod-е можно хранить сотни музыкальных композиций, не говоря уж о том, что на жестком диске домашнего компьютера лежат десятки фильмов высокого качества, не считая тысяч и тысяч файлов меньшего объема. Конечно, на современные Flash-накопители (как карманные флэшки, так и SSD-диски) тоже помещается приличный объем данных, но, тем не менее, обыкновенному накопителю на жестких дисках (HDD) нет равных ни по объему хранимой информации, ни по стоимости хранения единицы информации. Жесткий диск, использующий явление магнетизма для хранения информации, был изобретен более 50 лет назад и используется в персональных компьютерах с 80-х годов прошлого века. Конечно, за прошедшие года внутреннее устройство жесткого диска претерпело некоторые изменения, но общий принцип работы остался неизменным. А кстати, как именно работает жесткий диск? Попробуем взглянуть поближе..
Магнетизм - наука комплексная, но если вы когда-либо забавлялись с магнитом и гвоздями, то вы можете представить себе эту научную область в действии. Сами по себе железные гвозди не обладают магнитной силой, но, если провести над ними магнит, они начнут притягиваться друг к другу - намагнитятся. Данное явление имеет множество практических применений, например, на свалках или заводах используют большие магниты для перемещения груд железного лома. Или же это явление успешно используют для хранения информации.
Если в вашем компьютере или mp3-плеере установлен жесткий диск на 20 Гигабайт, то он чем-то похож на коробку, в которой содержится 1.6 триллиона (миллион миллионов) очень маленьких железных гвоздиков, каждый из которых может содержать крохотную частичку информации, называемой бит. Бит - это двоичное число: либо 0, либо 1. В компьютерах и другой электронике информация хранится не в десятичной, а в двоичной системе счисления. Например, десятичное число 382 в двоичной системе будет выглядеть как 101111110. Разумеется, в двоичной системе могут быть представлены не только числа, но и буквы и даже символы (такие как @ или $). Для наглядности, компьютер хранит в двоичной системе обыкновенную заглавную букву А, в виде числа 65, что в двоичной системе выглядит как 1000001. Теперь вернемся к нашей "коробке с гвоздями". Для того, чтобы сохранить в ней информацию о букве А, необходимо в двоичной системе записать туда последовательность 1000001, что может быть сделано таким образом: вы находите семь последовательно лежащих не намагниченных гвоздиков, намагничиваете первый (он будет хранить число 1), пропускаете пять (соответственно, хранят 0) и намагничиваете последний (опять 1).
Несомненно, что внутри жесткого диска нет никаких гвоздей, но, тем не менее, магниты там есть. Но об этом чуть позже. Роль гвоздей в жестком диске играют большие полированные пластины из магнитного материала, называемые иногда "блинами", разделенные на миллиарды маленьких зон. Каждая из этих зон может быть независимо намагничена (и принимает значение 1) или размагничена (соответственно, принимает значение 0). В компьютерах схему хранения информации, основанную на магнетизме, стали применять в связи с тем, что намагниченные области жесткого диска продолжают оставаться намагниченными при отключении питания и, соответственно, продолжают хранить информацию до тех пор, пока их не размагнитят. В отличие, например, от оперативной памяти, которая теряет всю информацию в тот момент, когда на нее перестает поступать питание.

На картинке выше представлена внутренняя часть жесткого диска, так называемый гермоблок, где как раз и находятся пластины с информацией и много чего еще. Давайте разбираться, что еще прячется под металлической крышкой жесткого диска. Итак.
1. Актуатор. Это мощный, но, в то же время, компактный электромотор, который передвигает блок магнитных головок.
2. Блок магнитных головок. Одна из важнейших частей жесткого диска, которая непосредственно осуществляет чтение и запись информации на пластины. Состоит из катушки, которая совместно с актуатором образует электродвигатель, позволяющей двигаться головкам, руки или коромысла - часть блока магнитных головок от катушки и до, собственно, самих магнитных головок, которые и осуществляют магнитный контакт с пластинами.
3. Центральный шпиндель. Достаточно мощный электромотор, силы которого хватает, чтобы раскрутить пластины до высоких скоростей - как правило 7200 или 10000 оборотов в минуту.
4. Магнитные пластины или "блины" - о них уже ранее велась речь, повторюсь, они хранят информацию.
5. Интерфейсный разъем (IDE или SATA), благодаря которому происходит соединение жесткого диска с материнской платой компьютера.
6. Магнитные головки - по сути, крохотные магниты, которые размагничивают и намагничивают зоны на магнитных пластинах, сохраняя или считывая таким образом информацию.
7. На данном рисунке не видна, но в этом месте, на обратной стороне жесткого диска, находится управляющая плата, которая, как можно понять из названия, управляет работой жесткого диска, а также обрабатывает и передает информацию для обработки персональным компьютером.
8. Гибкий шлейф, соединяющий управляющую плату и блок магнитных головок. По нему с управляющей платы и на нее передается информация с блока магнитных головок.
9. Еще один шпиндель, который позволяет руке (коромыслу) блока магнитных головок вращаться, двигаясь таким образом относительно поверхности пластины.

На этом рисунке можно видеть зеленую плату на обратной стороне жесткого диска. Это и есть управляющая плата. На ней расположены микросхемы управления жестким диском, такие как микроконтроллер (или центральный процессор управляющей платы), каналы чтения-записи, чипы памяти, микросхемы управления двигателем и блоком магнитных головок, датчики вибрации и разнообразные микросхемы защиты.
Вернемся к "внутренностям" жесткого диска. Пластины - важнейший элемент жесткого диска. и, как можно понять из названия устройства, изготавливаются они из твердого материала, такого как, например, алюминий или стекло и покрыты тонким слоем металла, который обладает магнитными свойствами. В небольшом по объему жестком диске (20-40 Гб) обычно находится одна пластина, но на обоих ее поверхностях находится магнитное покрытие. В больших по объему дисках может быть несколько пластин, нанизанных на центральный шпиндель с небольшим зазором между ними. Пластины вращаются со скоростями 5400, 7200 или даже 10000 оборотов в минуту (скорость зависит от модели жесткого диска) и благодаря этому считывающие головки могут практически мгновенно позиционироваться над любой частью поверхности пластин.
На каждую пластину необходимо две головки чтения-записи: одна на верхнюю поверхность пластины и одна на нижнюю. Таким образом, если в жестком диске, допустим, 3 пластины, то блок магнитных головок будет оснащен шестью считывающими головками. Головки смонтированы на руке или "коромысле", которое управляется электромотором и перемещаются от центра пластины к ее краю и наоборот. Чтобы снизить нагрев и износ головок в процессе работы, они не касаются пластин, а парят в потоках воздуха над ними на расстоянии от 5 до 10 нанометров. Для сравнения, толщина человеческого волоса - 25000 нанометров.

Но самое удивительное в жестком диске не это. Немного сил требуется для того, чтобы записать и сохранить информацию на пластину, но вот для того, чтобы найти нужную информацию требуется значительно больше усилий. Вернемся к нашим гвоздям на секунду. Представьте, что у вас есть коробка, в которой хранится полтора триллиона намагниченных гвоздиков и вам необходимо найти совершенно определенный десяток из них. Можно вообразить, какая это непростая задача, если в вашем распоряжении нет хорошо продуманной и методичной системы для поиска данных. Когда ваш компьютер сохраняет информацию на жесткий диск, он не просто бросает кучку намагниченных гвоздиков в коробку с огромной горой точно таких же. Данные хранятся в упорядоченных последовательностях на пластинах. Биты информации выстраиваются в концентрические окружности, которые называются треки. Каждый трек в свою очередь разделен на малые зоны, называемые сектора. Также часть жесткого диска выделена под карту секторов, на которой отмечены занятые и свободные сектора. Кстати, в Windows эта карта называется  File Allocation Table (таблица расположения файлов) или FAT. Вся цепочка выглядит следующим образом: когда компьютеру надо сохранить данные, он первым делом считывает карту секторов и получает данные, какие сектора в данный момент не заняты и каково их количество - хватит ли их объема на сохранение информации. Если все в порядке, то головки получают инструкции от контроллера, куда им передвинуться и записать информацию. Головки делают свое дело, а в карту секторов вносятся необходимые коррективы, учитывающие заполнение прежде свободных секторов новыми данными. Для чтения информации процесс повторяется в обратном порядке.
С таким количеством информации, хранящейся в таком малом пространстве и с огромной плотностью, жесткий диск поистине выдающийся пример могущества современной инженерии. Но не бывает бочки меда без ложки дегтя: помимо плюсов (хранение огромных объемов информации), имеются и минусы. Самый страшный из них - попадание микрочастиц пыли внутрь жесткого диска или образование пыли внутри жесткого диска (например, отслоение мельчайших частичек магнитного покрытия). В корпусе жесткого диска расположено отверстие для выравнивания давления, закрытое противопыльным и защищающим от влаги фильтром, а также внутри гермозоны есть воздушный фильтр, который улавливает из специально созданного в месте его размещения завихрения воздуха все посторонние частицы. Но эти механизмы защиты не всегда работают со стопроцентной эффективностью и микрочастица пыли может попасть под магнитную головку и привести к ее разбалансировке, что выражается в том, что магнитная головка начинает "прыгать" вверх-вниз над поверхностью. Такое поведение магнитной головки может привести к тому, что в магнитная головка зацепит пластину и повредит магнитное покрытие. Кроме того, при повреждении покрытия образуются микрочастицы пыли, которые,  в свою очередь могут вызвать лавинообразный выход головок из строя. Подобные ситуации называются крахом головок и происходят не то чтобы часто, но и редкими эти случаи не назовешь. И самое скверное, что такое случается внезапно. Чтобы застраховаться от таких случаев, имеет смысл делать резервные копии необходимых вам данных на другой носитель - флэшку или другой жесткий диск.
Вот таким образом, используя силу магнетизма, любой человек может сохранять и пользоваться огромными объемами информации. Но, когда жесткий диск выходит из строя и нет резервной копии, а оставшиеся на жестком диске данные нужны позарез, помочь смогут специалисты по восстановлению данных. О видах поломок жесткого диска и случаях, когда восстановление данных возможно, читайте в следующей статье.


Прочитана: 15288 раз


Другие публикации
  • Главная причина провала Windows 10, худшей ОС на данный момент
  • Стоит ли владельцам iPhone 7 покупать iPhone 8?
  • Соблюдаем чистоту: Профилактические работы. Избавляем компьютер от пыли.
  • Жесткие диски. Часть 2. Неисправности жесткого диска.
  • 10 советов, которые помогут увеличить энергоресурс батареи вашего ноутбука.
  • Квантовые компьютеры - из фантастики в реальность
  • Цена/производительность. Выбор оптимального процессора.
  • Способы подключения принтера по сети.
  • Увеличиваем производительность. Системные службы и сервисы, которые можно отключить.
  • Ультрабуки - будущее ноутбуков глазами Intel
    Вернуться назад
  • Карта сайта «Спец-сервис» — сервисный центр компании «Ювит» Copyright 2004—2019 «Ювит»
    Rambler's Top100