Как устроен жесткий диск

Задумывались ли вы когда-нибудь, почему его именуют именно жестким? Если взять стандартную трехдюймовую дискету и вскрыть ее, то будет видно, что диск у нее внутри сделан гибким, а сам корпус выполнен из пластика. В пяти- и восьмидюймовых дискетах, которыми пользовались когда-то давно, корпус был изготовлен тоже из эластичного материала. Название «гибкий диск» пошло именно отсюда. Жесткий же диск сделан совсем по-другому. В основном он производится из алюминия, реже – из стекла или керамики. Подобные диски стоят гораздо дороже и используются в дорогих винчестерах.

Когда выпускались первые жесткие диски, их магнитные покрытия делали на основе окиси железа. В современных моделях применяется окись хрома. Такие диски более устойчивы к износу.

Жесткий диск состоит из двух блоков: механического и электронного. В механическом находится, помимо самого диска, двигатель вращения, блок магнитных головок и привод, перемещающий их. Этот блок герметично закрыт, и изучать его устройство не стоит, иначе в результате вы получите неработающий винчестер. Кроме того, вам придется озаботиться такой процедурой, как восстановление данных, потому что они будут уничтожены. Блок электроники являет собой плату, на которой расположены микросхемы ОЗУ, ПЗУ, цифровой процессор, обрабатывающий сигналы, и управляющий процессор.

На самом деле термин «жесткий» применительно к дискам не совсем точен, ведь сейчас ему соответствуют только модели винчестеров с самым маленьким объемом. Причина в том, что жесткие диски, имеющие большую емкость, состоят из нескольких пластин, соединяющихся в один блок. К примеру, в Quantum Fireball 4,3Gb LT используется один диск, а аналогичная модель с объемом 8,4 Гб состоит уже из двух дисков. Из-за этого такой жесткий диск не бывает с объемом в 3,2 или 5,1 Гб. Следовательно, чем большее количество дисков в винчестере, тем выше его вместимость.

Если хотите представить себе, как это выглядит, то вообразите шпиндель, а на нем диски, которые насажены на него через одинаковые промежутки. На диске с каждой его стороны находятся перемещающиеся магнитные головки – они осуществляют запись и чтение данных. Если скорость вращения снижается либо питание отключилось, то процессор передвигает их на поверхность диска ближе к шпинделю. Это нужно для того, чтобы головки и поверхность диска не повреждались.

Расстояние от головок до поверхности диска измеряется в долях микрона, а скорость вращения шпинделя довольно высока – она может составлять от 5400 до 10000 оборотов в минуту. Именно по этой причине блок диска герметичен. Если в пространство между диском и головками попадет пыль, то нарушится работа винчестера или он может совсем выйти из строя.

Обратимся к логической структуре жесткого диска. Он состоит из секторов и дорожек. Что такое сектор, вероятно, вы знаете, а дорожки – это окружности, на которых находится информация. Дорожки, которые имеют одинаковые номера по обеим сторонам диска, именуются цилиндрами. Чтобы правильно установить винчестер в БИОС, нужно знать все три параметра. Сегодня БИОС обладает функцией автодетектирования параметров жесткого диска, поэтому процесс установки несложен.

Винчестер имеет также «инженерный цилиндр», который хранит различную служебную информацию. Модели жестких дисков, выпускаемые раньше, были «чистыми», и форматирование должен был производить покупатель. Теперь же это делает производитель, закладывая между секторами диска специальную сервоинформацию – метки, которые нужны для поиска секторов, чтобы отслеживать положения головок и контролировать частоту вращения диска. Поэтому, если вы найдете в БИОСе пункт low level format HD, не стоит им пользоваться – восстановить эту сервоинформацию контроллер винчестера не сможет.

Несмотря на развитие компьютерных технологий, абсолютно любой новый жесткий диск имеет неисправные блоки, с которых невозможно считать информацию, ранее на них записанную. Когда на диск наносится первоначальная разметка, то при обнаружении таких блоков они заносятся в таблицу переназначения. Затем контроллер жесткого диска заменяет их специально предназначенными для этого резервными блоками.

Процесс работы жесткого диска осуществляется так: включается электропитание, процессором тестируется электроника, после чего он подает команду включить двигатель шпинделя. Когда достигается критическая скорость вращения, то головки всплывают над поверхностями жесткого диска благодаря воздуху, увлекаемому ими. В течение всего рабочего времени головки висят на воздушной подушке.

Когда скорость вращения приближается к номинальной, то процессор винчестера выводит головки из парковочной зоны, а контроллер ищет сервометки, согласно которым стабилизируется частота вращения. Затем идет поиск служебной информации, заложенной в жесткий диск, такой как таблицы переназначения неисправных блоков, чтобы заменить их на резервные. И на завершающей стадии инициализации винчестера производится проверка позиционирования его головок. Они устанавливаются на заданную заранее последовательность дорожек. Если все этапы подготовки к работе выполнены успешно, то контроллер жесткого диска подает сигнал о готовности к работе и переходит в рабочий режим.

Данная статья дала вам общие представления о том, что представляет собой жесткий диск, и о том, как он работает. В следующей статье будут описаны интерфейсы винчестеров и различия между ними.

восстановление данных на главную