Техническое обслуживание ПК. Накопители на жестких дисках

При расчете средней линейной скорости движения диска относительно головки (около 90 км/ч) было учтено, что средний диаметр дорожек записи равен примерно 5 см. Пересчитаем теперь все геометрические размеры накопителя в соответствии с масштабом, при котором величина просвета между диском и головкой составит точно 1 см Это означает, что все соответствующие числа необходимо умножить на 80 000 — во столько раз, во сколько 1 см больше, чем 0,125 мкм. В этом масштабе длина головки будет, около 160 м, высота — 40 м (положите набок половинку Эйфелевой башни!), скорость диска относительно головки — 2000 км/с (т.е. на один виток по орбите вокруг Земли ей понадобилось бы не более 20 секунд!). Расстояние между битами на дорожке записи в этом масштабе составит около 4 см, а расстояние между дорожками — 70 см, причем головка размером с небоскреб должна перемещаться в любую точку зоны записи шириной около 2,5 км за 8 мс, что для чего ей необходимо развивать среднюю скорость 312 км/с (не говоря уже про ускорения).

Мне кажется, что приведенные цифры куда более красноречивы, чем тот пример с авиалайнером, с которого мы начли (не говоря уже о том, что он не вполне корректен с физической точки зрения).

Магнитная регистрация данных

Имея представление о том, как записываются и хранятся данные на магнитных носителях, вы быстрее сможете разобраться в работе дисковых накопителей и более осознанно будете с ними обращаться.

Практически во всех накопителях персональных компьютеров информация хранится на магнитных носителях. Для вторичного (архивного) хранения данных иногда используются чисто оптические устройства, но "рабочей лошадкой" всегда является дисковый накопитель с магнитным носителем. Магнитные устройства отличаются высоким быстродействием и плотностью записи, и именно поэтому оптические диски, по-видимому, никогда их полностью не заменят. Работа накопителей на жестких и гибких дисках основывается на том общеизвестном факте, что при пропускании через проводник электрического тока вокруг него образуется магнитное поле. Это поле воздействует на оказавшееся в нем ферромагнитное вещество (носитель). При изменении направления тока полярность магнитного поля также изменяется. Это явление используется свыше ста лет втехнике и быту и достаточно подробно изучается в средней школе.

Справедливо и обратное утверждение: при воздействии на проводник переменного магнитного поля в нем возникает электрический ток. При изменении полярности магнитного поля изменяется и направление электрического тока. Благодаря такой взаимной "симметрии" электрического тока и магнитного поля появляется возможность записывать данные на магнитные носители, а затем их считывать.

Головка записи/воспроизведения в любом дисковом накопителе состоят из U-образного сердечника из ферромагнитного материала и намотанной на нем катушки (обмотки), по которой может протекать электрический ток. При пропускании тока через обмотку в сердечнике (магнитопроводе) головки создается магнитное поле. При переключении направления протекающего тока полярность поля также изменяется. По существу, головки представляют из себя электромагниты, напряжение на которых очень быстро изменяется.

Основными элементами накопителя являются несколько алюминиевых или стеклянных пластин. Принципы работы накопителей на жестких дисках

По сути накопители на жестких дисках работают так же, как идисководы гибких дисков: данные, разбитые на дорожки и секторы, записываются и считываются универсальными головками с поверхностей вращающихся магнитных дисков.

Многие пользователи считают накопители на жестких дисках самыми хрупкими и ненадежными узлами компьютера. Поскольку пакеты магнитных дисков находятся в плотно закрытых корпусах и их перестановка не предусмотрена, плотность дорожек на них очень высока — до 3000 TPI. Блоки головок и дисков (HDA — Head Disk Assembly), собираются в цехах, условия в которых близки к стерильным. Ремонтом HDA занимаются считанные фирмы, и ремонт или замена каких либо деталей внутри блока может стоить очень дорого. Вам придется смириться с мыслью, что рано или поздно всякий накопитель выходит из строя и вопрос лишь в том, когда это произойдет и успеете ли вы зарезервировать с него данные.

При записи каждого бита (или группы из нескольких бит) на диске формируется последовательность участков с различной намагниченностью, и, соответственно, определенным расположением зон смены знака.

Чтобы оптимальным образом расположить импульсы в сигнале записи, используются специальные устройства — шифраторы, которые преобразуют последовательность двоичных данных в электрические сигналы, оптимизированные с точки зрения размещения зон смены знака на дорожке записи.

Модифицированная частотная модуляция (MFM) Основной целью разработчиков метода MFM было сокращение количества зон смены знака для записи того же объема данных по сравнению с FM-кодированием и, соответственно, увеличение потенциальной емкости носителя.

Метод RLL Этот наиболее распространенный сейчас метод позволяет разместить на диске в полтора раза больше данных, чем при записи по методу MFM, и в три раза больше — чем при FM-кодировании.

Сравнение способов кодирования

Магнитное поле, наведенное в сердечнике, частично распространяется в окружающее пространство благодаря наличию зазора, "пропиленного" в основании буквы U. Если вблизи зазора располагается другой ферромагнетик (рабочий слой носителя), то магнитное поле локализуется в нем, поскольку подобные вещества обладают меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух. Магнитный поток, пересекающий зазор, замыкается через носитель, что приводит к поляризации его магнитных частиц (доменов) в направлении действия поля. Направление поля и, следовательно, остаточная намагниченность носителя зависят от полярности электрического тока в обмотке головки.

Гибкие магнитные диски обычно делаются на лавсановой, а жесткие — на алюминиевой или стеклянной подложке, на которую наносится слой ферромагнитного материала. Рабочий слой, в основном, состоит из окиси железа с различными добавками. Магнитные поля, создаваемые отдельными доменам на чистом диске ориентированы случайным образом и взаимно компенсируются на любом сколько-нибудь протяженном (макроскопическом) участке поверхности диска, поэтому его остаточная намагниченность равна нулю.

Если участок поверхности диска при прохождении вблизи зазора головки подвергается воздействию магнитного поля, домены выстраиваются в определенном направлении, и их магнитные поля больше не компенсируют друг друга. В результате у этого участка диска появляется остаточная намагниченность, которую можно впоследствии обнаружить. Выражаясь научным языком, остаточный магнитный поток, формируемый данным участком поверхности диска, становится отличным от нуля.

На главную