Zařízení a princip fungování pevného disku. Podrobně a jednoduše o pevném disku je to také HDD (pevný disk)

Pevný disk (HDD)- energeticky nezávislé paměťové zařízení, jehož účelem je dlouhodobé ukládání dat. Informace jsou uloženy na pevných médiích (disky ze speciálních slitin) s feromagnetickým povlakem (oxid chromitý).

Zařízení s pevným diskem.

zadržovací oblast

Obsahuje: tělo z tvrdé slitiny, magnetické disky, hlavní jednotku s polohovacím zařízením, elektrický pohon vřetena.

Blok hlavy

Sada pák z pružinové oceli s pevnými hlavami na koncích.

desky

Jsou vyrobeny z kovové slitiny a potaženy feromagnetem (oxidy železa, manganu a dalších kovů). Kotouče jsou pevně namontovány na vřetenu, které se otáčí rychlostí několika tisíc otáček za minutu. Při této rychlosti se v blízkosti povrchu disku vytvoří silný proud vzduchu, který zvedne hlavy a nechá je vznášet se nad povrchem talíře. Zatímco kotouče nezrychlily na rychlost potřebnou pro „sundání“ hlav, parkovací zařízení drží hlavy v parkovací zóně. Tím se zabrání poškození hlav a povrchu disku.

Polohovač hlavy

Skládá se z pevného páru silných permanentních magnetů a také z cívky na pohyblivé hlavové jednotce.

Kontejnment je naplněn čištěným a vysušeným vzduchem nebo neutrálními plyny, zejména dusíkem, a je instalována tenká kovová nebo plastová membrána pro vyrovnání tlaku. Vyrovnání tlaku je nutné k zamezení deformace pláště kontejnmentu vlivem změn atmosférického tlaku a teploty a také při zahřívání zařízení během provozu. Prachové částice, které při montáži skončily v prostoru kontejnmentu a dopadaly na povrch disku, jsou při rotaci odváděny do dalšího filtru - lapače prachu.

Blok elektroniky

Obsahuje: řídicí jednotku, paměť pouze pro čtení, vyrovnávací paměť, jednotku rozhraní (přenos dat, napájení) a jednotku digitálního zpracování signálu.

Řídící jednotka je systém:

• polohování hlavy;
• ovládání pohonu;
• přepínání informačních toků z různých hlav;
• řízení provozu všech ostatních uzlů - příjem a zpracování signálů ze senzorů zařízení:
  • jednoosý akcelerometr - používá se jako snímač otřesů,
  • tříosý akcelerometr - používá se jako senzor volného pádu,
  • tlakoměr,
  • senzor úhlového zrychlení,
  • senzor teploty.

Paměťová jednotka pouze pro čtení ukládá řídicí programy pro řídicí jednotky a digitální zpracování signálu a také servisní informace o pevném disku.

vyrovnávací paměť vyrovnává rozdíl rychlostí mezi částí rozhraní a měničem (používá se vysokorychlostní statická paměť).

Jednotka digitálního zpracování signálu provádí čištění čteného analogového signálu a jeho dekódování (extrakce digitální informace).

Vlastnosti pevného disku.

Rozhraní— podporovaný standard pro výměnu dat se zařízeními pro ukládání informací: .

Kapacita- množství dat, které může pevný disk uložit (GB, TB).

Form Factor- fyzická velikost disku s feromagnetickým povlakem: 3,5 nebo 2,5 palce.

Doba přístupu- doba, po kterou je zaručeno, že pevný disk provede operaci čtení nebo zápisu na kteroukoli část magnetického disku (rozsah od 2,5 do 16 ms).

Rychlost vřetena– parametr, na kterém závisí doba přístupu a průměrná rychlost přenosu dat. Pevné disky pro notebooky mají rychlost otáčení 4200, 5400 a 7200 ot./min a pro stolní počítače 5400, 7200 a 10 000 ot./min.

Vstup výstup je počet I/O operací za sekundu. Pevný disk obvykle provádí přibližně 50 operací za sekundu v náhodném přístupu a přibližně 100 v sekvenčním přístupu.

Spotřeba energie— spotřeba energie ve wattech, důležitý faktor pro mobilní zařízení.

Úrověn hluku- hluk v decibelech, který vytváří mechanika pevného disku při jeho provozu (rotace vřetena, aerodynamika, polohování). Tiché pohony jsou zařízení s hlučností asi 26 dB nebo méně.

odolnost vůči nárazu- odolnost akumulátoru vůči náhlým tlakovým rázům nebo rázům. Měří se v jednotkách povoleného přetížení (G) v zapnutém a vypnutém stavu.

Přenosová rychlost– rychlost čtení/zápisu pro sekvenční přístup (vnitřní zóna disku - od 44,2 do 74,5 Mb/s, vnější zóna disku - od 60,0 do 111,4 Mb/s).

Velikost vyrovnávací paměti- mezipaměť (MB), navržená tak, aby vyrovnala rozdíl v rychlosti čtení/zápisu a přenosu přes rozhraní. Obvykle se pohybuje od 8 do 64 MB.

Video na téma: "Pevný disk: zařízení a vlastnosti"

Přednáška číslo 5: Ukládání informací

Plán

1. Pevné disky
2. Jednotky SSD

1. Pevné disky

Historický odkaz

Během vývoje pevných disků se změnilo šest velikostí – tvarových faktorů.

Obrázek 1. Rozměry HDD

1956 – Pevný disk IBM 350 jako součást prvního sériově vyráběného počítače IBM 305 RAMAC. Mechanika zabírala krabici o velikosti velké lednice a měla hmotnost 971 kg a celková kapacita paměti 50 tenkých disků o průměru 610 mm, které se v ní otáčely pokryté čistým železem, byla asi 5 milionů 6bitových bajtů ( 3,5 MB v přepočtu na 8bitové bajty).
1980 - první 5,25palcový Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
1981 - 5,25palcový Shugart ST-412, 10 MB.
1986 - standardy SCSI, ATA(IDE).
1991 - maximální kapacita 100 MB.
1995 - maximální kapacita 2 GB.
1997 - maximální kapacita 10 GB.
1998 - standardy UDMA/33 a ATAPI.
1999 – IBM uvádí Microdrive s kapacitou 170 a 340 MB.
2002 - standard ATA / ATAPI-6 a disky s kapacitou přes 137 GB.
2003 - vzhled SATA.
2005 - maximální kapacita 500 GB.
- Standard Serial ATA 3G (nebo SATA II), vznik SAS (Serial Attached SCSI).
2006 - aplikace metody kolmého záznamu v komerčních pohonech.
- vzhled prvních "hybridních" pevných disků obsahujících blok flash paměti.
2007 – Hitachi představuje první komerční 1TB disk.
2009 – na základě 500 GB desek Western Digital, poté společnost Seagate Technology LLC vydala 2 TB modely.
– Společnost Western Digital oznámila vytvoření 2,5palcových pevných disků s kapacitou 1 TB (hustota záznamu - 333 GB na jedné desce)
- vznik standardu SATA 3.0 (SATA 6G).
2010 – Seagate začíná s vývojem 3TB HDD.

HDD definice a zařízení
Pevný disk nebo HDD(Angličtina) Tvrdýdiskřídit,HDD), HDD, Winchester, v počítačovém slangu "šroub", tvrdý, pevný disk- zařízení pro ukládání informací založené na principu magnetického záznamu. Je to hlavní paměťové médium ve většině počítačů.

V zásadě se HDD skládá z následujících hlavních bloků:
Blok elektroniky obsahuje kontakty a mikroobvod, na kterém jsou umístěny: ovladač ovládání HDD, napájecí konektory, blok jumperů, konektor kabelu (připojovací rozhraní).
mechanický blok sestává z magnetických desek, vřetena, vahadla, rotačních os vahadel, serva vahadla, čtecích a zapisovacích hlav.
Rám- toto je design, ve kterém jsou umístěny všechny prvky HDD.

Obrázek 2. Schéma HDD zařízení

Obrázek 3. Zařízení HDD

Principy ukládání informací na HDD
Informace v HDD se zaznamenávají na tuhé (hliníkové, keramické nebo skleněné) desky potažené vrstvou feromagnetického materiálu (oxidu železa), nejčastěji oxidu chromitého. HDD používá jednu až několik desek na stejné ose.
Data jsou na plotnách uložena ve formě soustředných stop, z nichž každá je rozdělena do sektorů po 512 bajtech, sestávajících z horizontálně orientovaných domén. Orientace domén v magnetické vrstvě slouží k rozpoznání binární informace (0 nebo 1). Velikost domén určuje hustotu záznamu dat s cílem adresovat povrchový prostor diskových ploten, které se dělí na stopy jsou soustředné prstencové oblasti. Každá stopa je rozdělena na stejné segmenty - sektory.

Válec- sada stop ve stejné vzdálenosti od středu na všech pracovních plochách ploten pevného disku. Číslo hlavy specifikuje použitou pracovní plochu (tj. konkrétní dráhu z válce) a číslo sektoru– konkrétní sektor na trati.

Organizace čtení/zápisu dat probíhá díky čtecím/zápisovým hlavám (GCHZ). V provozním režimu se GChZ nedotýká povrchu desek díky vrstvě proudícího vzduchu, která se v blízkosti povrchu vytváří při rychlé rotaci. Vzdálenost mezi hlavou a diskem je několik nanometrů (asi 10 nm u moderních disků). Absence mechanického kontaktu zajišťuje dlouhou životnost zařízení. Při absenci rotace disku jsou hlavy umístěny u vřetena nebo mimo disk v bezpečné zóně (parkovací zóna), kde je vyloučen jejich abnormální kontakt s povrchem disků.

Obrázek 4. Organizace plotny HDD.

Režimy adresování

Existují 2 hlavní způsoby adresování sektorů na disku: sektor hlavy válců(Angličtina) válec— hlava— sektor, CHS) A lineární blokové adresování(Angličtina) lineární blok oslovování, LBA).

CHS
Při této metodě je sektor adresován svou fyzickou polohou na disku se 3 souřadnicemi - číslo válce, číslo hlavy A číslo sektoru. U moderních disků s vestavěnými řadiči tyto souřadnice již neodpovídají fyzické poloze sektoru na disku a jsou „logickými souřadnicemi“
CHS adresování předpokládá, že všechny stopy v dané oblasti disku mají stejný počet sektorů. Chcete-li používat adresování CHS, musíte to vědět geometrie použitý disk: celkový počet válců, hlav a sektorů v něm. Zpočátku bylo nutné tyto informace zadávat ručně; ve standardu ATA byla zavedena funkce autodetekce geometrie (příkaz Identify Drive).

LBA
U této metody je adresa datových bloků na nosiči specifikována pomocí logické lineární adresy. LBA adresování se začalo implementovat a používat v roce 1994 ve spojení se standardem EIDE (Extended IDE). Standardy ATA vyžadují vzájemnou shodu mezi režimy CHS a LBA:
LBA = [ (Válec * počet hlav + hlavy) * sektory/stopa ] + (Sektor-1)
Metoda LBA odpovídá Sector Mapping pro SCSI. BIOS řadiče SCSI provádí tyto úkoly automaticky, to znamená, že metoda logického adresování byla pro rozhraní SCSI od samého počátku typická.
Specifikace HDD

V současné době se rozlišují následující vlastnosti HDD:

Rozhraní(Angličtina) rozhraní) - soubor komunikačních linek, signály vysílané po těchto linkách, technické prostředky, které tyto linky podporují pravidel (protokolem) ústředny.
Komerčně dostupné pevné disky mohou používat rozhraní:

Kapacita(Angličtina) kapacita) – množství dat, které lze uložit na jednotku. Od vzniku prvních pevných disků se v důsledku neustálého zlepšování technologie záznamu dat neustále zvyšuje jejich maximální možná kapacita. Kapacita moderních pevných disků (s tvarovým faktorem 3,5 palce) na začátku roku 2010. až 2000 GB (2 terabajty). Seagate však vývoj 3TB HDD potvrdil.

Poznámka: Na rozdíl od systému předpon přijatých v informatice, označujících násobek 1024 (viz: binární předpony), výrobci při označování kapacity pevných disků používají hodnoty, které jsou násobky 1000. Kapacita pevného disku označená jako „200 GB“ je 186,2 GB.

Fyzická velikost (form factor) (Angličtina) dimenze). Téměř všechny moderní (2001-2008) disky pro osobní počítače a servery jsou široké buď 3,5 nebo 2,5 palce, což je velikost standardních držáků pro ně ve stolních počítačích a noteboocích. Dostupné také ve velikostech 1,8", 1,3", 1" a 0,85". Výroba pohonů ve velikostech 8 a 5,25 palce byla ukončena.

Čas náhodného přístupu (Angličtina) náhodný přístup čas) - doba, po kterou je zaručeno, že pevný disk provede operaci čtení nebo zápisu na kteroukoli část magnetického disku. Rozsah tohoto parametru je malý - od 2,5 do 16 ms. Serverové disky mají zpravidla minimální čas (např. Hitachi Ultrastar 15K147 má 3,7 ms), nejrelevantnější jsou disky pro přenosná zařízení (Seagate Momentus 5400.3 - 12.5).

Rychlost vřetena (Angličtina) vřeteno Rychlost) je počet otáček vřetena za minutu. Doba přístupu a průměrná rychlost přenosu dat do značné míry závisí na tomto parametru. V současné době se pevné disky vyrábějí s následujícími standardními rychlostmi otáčení: 4200, 5400 a 7200 (notebooky), 5400, 7200 a 10 000 (osobní počítače), 10 000 a 15 000 ot./min (servery a vysoce výkonné pracovní stanice).

Spolehlivost(Angličtina) spolehlivost) – je definován jako střední doba mezi poruchami ( MTBF). Také drtivá většina moderních pohonů tuto technologii podporuje CHYTRÝ.

Počet IOPS - u moderních disků je to asi 50 ops/s s náhodným přístupem k jednotce a asi 100 ops/s se sekvenčním přístupem.

Spotřeba energie je důležitým faktorem pro mobilní zařízení.

Úrověn hluku- hluk produkovaný mechanikou pohonu při jeho provozu. Udává se v decibelech. Tiché pohony jsou zařízení s hlučností asi 26 dB nebo méně. Hluk se skládá z hluku otáčení vřetena (včetně aerodynamického hluku) a hluku z polohy.

Odolnost vůči nárazu (Angličtina) G— šokovat hodnocení) - odolnost pohonu proti náhlým tlakovým rázům nebo rázům, měřená v jednotkách povoleného přetížení v zapnutém a vypnutém stavu.

Přenosová rychlost (Angličtina) Převod hodnotit) pro sekvenční přístup:

• vnitřní disková zóna: od 44,2 do 74,5 Mb/s;
• Vnější disková zóna: 60,0 až 111,4 MB/s.

Velikost vyrovnávací paměti- Vyrovnávací paměť je mezipaměť navržená k vyhlazení rozdílů v rychlosti čtení/zápisu a přenosu rozhraní. Na discích z roku 2009 se obvykle pohybuje od 8 do 64 MB.

Hustota záznamu na talíři (hustota plochy) závisí na vzdálenosti mezi drahami (příčná hustota) a minimální velikosti magnetické domény (podélná hustota). Zobecňujícím kritériem je hustota záznamu na jednotku plochy disku nebo kapacitu plotny. Čím vyšší je hustota záznamu, tím vyšší je rychlost výměny dat mezi hlavami a vyrovnávací pamětí (interní přenosová rychlost). Postupně se rezervy růstu v důsledku technologického skoku uvedeného výše začaly snižovat. Do roku 2003 dosáhla typická kapacita ploten pevného disku 80 GB. V roce 2004 se objevily disky s plotnami o kapacitě 100 MB, v roce 2005 - 133 MB, v roce 2009 - 333 GB

Minimální adresovatelná datová oblast na pevném disku je sektor. Velikost sektoru je tradičně 512 bajtů. V roce 2006 IDEMA oznámila přechod na sektor o velikosti 4096 bajtů, který má být dokončen do roku 2010.

V konečné verzi systému Windows Vista, vydané v roce 2007, je omezená podpora jednotek s touto velikostí sektoru.

Technologie pro zápis dat na pevné disky

Princip fungování pevných disků je podobný jako u magnetofonu. Pracovní plocha disku se vůči čtecí hlavě pohybuje (například ve formě induktoru s mezerou v magnetickém obvodu). Při přivedení střídavého elektrického proudu (při záznamu) na hlavovou cívku výsledné střídavé magnetické pole z hlavové mezery ovlivňuje feromagnet povrchu disku a mění směr vektoru doménové magnetizace v závislosti na síle signálu. Při čtení vede pohyb domén v mezeře hlavy ke změně magnetického toku v magnetickém obvodu hlavy, což vede ke vzniku střídavého elektrického signálu v cívce vlivem elektromagnetické indukce.

V poslední době se ke čtení využívá magnetorezistivního efektu a magnetorezistivní hlavy se používají v discích. U nich vede změna magnetického pole ke změně odporu v závislosti na změně síly magnetického pole. Takové hlavy umožňují zvýšit pravděpodobnost spolehlivosti čtení informací (zejména při vysokých hustotách záznamu informací).

Metoda paralelního zápisu
Bity informací jsou zaznamenávány pomocí malé hlavy, která při průchodu po povrchu rotujícího disku magnetizuje miliardy horizontálních diskrétních oblastí – domén. Každá z těchto oblastí je logická nula nebo jedna, v závislosti na magnetizaci.

Maximální dosažitelná hustota záznamu při použití této metody je asi 23 Gb/cm². V současné době je tato metoda postupně nahrazována metodou kolmého záznamu.

Metoda kolmého záznamu
Metoda kolmého záznamu je technika, ve které jsou bity informací uloženy ve vertikálních doménách. To vám umožní používat silnější magnetická pole a zmenšit plochu materiálu potřebnou k záznamu 1 bitu. Hustota záznamu moderních vzorků je 60 Gb / cm². Pevné disky s kolmým záznamem jsou na trhu od roku 2005.

Metoda tepelného magnetického záznamu
Metoda tepelného magnetického záznamu Teplo-asistovanémagnetickýzáznam,HAMR) je v současnosti nejperspektivnější ze stávajících, nyní se aktivně rozvíjí. Tato metoda využívá bodové zahřívání disku, které umožňuje hlavě magnetizovat velmi malé oblasti jeho povrchu. Po vychladnutí disku se magnetizace "zafixuje". Tento typ pevného disku ještě nebyl uveden na trh (stav 2009), existují pouze experimentální vzorky s hustotou záznamu 150 Gb/cm². Vývoj HAMR technologií probíhá již poměrně dlouho, přesto se odborníci v odhadech maximální hustoty záznamu liší. Hitachi tedy požaduje limit 2,3-3,1 Tb/cm² a zástupci Seagate Technology navrhují, že budou schopni zvýšit hustotu záznamu HAMR médií až na 7,75 Tb/cm². Široké využití této technologie by se mělo očekávat v letech 2011-2012.

Technologie RAID

RAID (redundantní pole nezávislých/levných disků) je redundantní pole nezávislých/levných pevných disků – matice několika disků řízených řadičem, propojených vysokorychlostními kanály a vnímaných jako celek. V závislosti na typu použitého pole může poskytovat různé stupně odolnosti proti chybám a výkonu. Slouží ke zvýšení spolehlivosti ukládání dat a/nebo ke zvýšení rychlosti čtení/zápisu informací (RAID 0).

RAID 0

RAID 0 ("Striping") je diskové pole 2 nebo více disků, ve kterém jsou informace rozděleny do bloků A n a postupně zapisovány na pevné disky. Podle toho se informace zapisují a čtou současně, což zvyšuje rychlost.

Obrázek 5. Rozložení RAID 0

Bohužel, pokud některý z disků selže, informace se nenávratně ztratí, takže se používá buď doma, nebo pro uložení odkládacího souboru, odkládacího souboru.

RAID 1

RAID 1 (zrcadlení - „zrcadlení“). V tomto případě jeden disk zcela opakuje druhý, což zaručuje provozuschopnost, pokud jeden disk selže, ale množství využitelného prostoru je poloviční. Vzhledem k tomu, že disky jsou zakoupeny současně, v případě vadné šarže mohou oba disky selhat. Rychlost zápisu se přibližně rovná rychlosti zápisu na jeden disk, lze číst ze dvou disků najednou (pokud řadič tuto funkci podporuje), čímž se rychlost zvyšuje.

Obrázek 6. Rozložení RAID 1

Používá se nejčastěji v malých kancelářích pro databáze, případně pro uložení operačního systému.

RAID 10

RAID 10 (RAID 1+0). Kombinuje principy RAID 0 a RAID 1. Při jeho použití má každý pevný disk svůj „zrcadlový pár“, přičemž je využita polovina využitelného prostoru. Je funkční, pokud je z každého páru jeden pracovní disk. Nejvyšší rychlost zápisu/přepisu, srovnatelná s RAID 5, pokud jde o rychlost čtení. Slouží k ukládání databází při vysokém zatížení.

RAID 5

RAID 5. V tomto případě jsou všechna data rozdělena do bloků a pro každou sadu je vypočítán kontrolní součet, který se uloží na jeden z disků - cyklicky se zapisuje na všechny disky pole (střídavě na každý), a slouží k obnovit data. Odolné proti ztrátě maximálně jednoho disku.

Obrázek 7. Rozložení RAID 5

RAID 5 má vysokou rychlost čtení – informace se čtou téměř ze všech disků, ale snížený výkon zápisu – vyžaduje výpočet kontrolního součtu. Ale nejkritičtější operací je přepsání, protože probíhá v několika fázích:
1) Čtení dat
2) Přečtěte kontrolní součet
3) Porovnání nových a starých dat
4) Zapište nová data
5) Zápis nového kontrolního součtu
6) Používají se, když je vyžadován velký objem a vysoká rychlost čtení.

RAID 6

RAID 6 (ADG). Logické pokračování RAID 5. Rozdíl je v tom, že kontrolní součet se počítá 2x a ve výsledku má větší spolehlivost (je stabilní při výpadku více než 2 disků) a nižší výkon.

Obrázek 8. Rozložení RAID 6

Organizaci provozu RAID zajišťují řadiče RAID, které mohou být: zabudované v základní desce, interní (ve formě desky) a externí.

Obrázek 9. Interní řadič RAID

Dva nebo více disků připojených k řadiči na serveru nebo externí disková skříň připojená k řadiči, v závislosti na zvolené úrovni odolnosti proti chybám, chrání před selháním jednoho nebo více disků při zachování výkonu.

S energeticky nezávislou mezipamětí a disky SAS chrání před problémy s výpadkem napájení, s výjimkou případů, kdy dojde k elektrickému poškození zařízení. Pokud je však server poškozen, může dojít ke ztrátě dat.

Chrání data před:
- hardwarové problémy - porucha, poškození, porucha zařízení. Částečně pouze kvůli selhání pevných disků;
- výpadky napájení - částečně chrání data uložená ve vyrovnávací paměti řadiče ve frontě pro zápis, ale po omezenou dobu a pouze v případě, že je v řadiči baterie.

Nechrání před:
- selhání softwaru;
- lidský faktor;
- problémy s infrastrukturou (ačkoli všechna připojení jsou zpravidla umístěna uvnitř serveru);
— nehody;
- katastrofy.

Hlavním účelem aplikace je také ochrana dat před ztrátou v případě poruchy pevného disku, jedním z důvodů zavedení je potřeba zvýšeného výkonu diskového subsystému.

Řadiče RAID dodává mnoho společností: IBM, DELL, SUN, HP, Adaptec, 3ware, LSI a další.

Externí pole RAID

Obrázek 10.Externí pole RAID

První úroveň. Disky a řadič jsou umístěny v samostatném externím systému. Jeden nebo více serverů lze připojit k externímu poli pomocí různých rozhraní, jako je SAS, iSCSI, FC. Téměř všechny takové systémy mají duplikaci ventilátorů a napájecích zdrojů, mnohé poskytují možnost instalace duplikačního ovladače. Sama o sobě jsou externí pole RAID výkonnější a spolehlivější než interní řadiče RAID a lze je rozšířit na více než sto jednotek (pomocí polic na disky).

V současné době má mnoho modelů pokročilé monitorovací a kontrolní nástroje, a to jak pro pole samotné, tak pro data na něm. Prostředky sledování stavu disků předem upozorňují na možnou poruchu, většina hodných výrobců mění disky pouze na základě těchto zpráv, než dojde k nefunkčnosti. Některé modely mají možnost pořizovat snímky – (snapshot), což umožňuje chránit data a zjednodušuje zálohování.

Chrání data před:
- hardwarové problémy - částečně, za přítomnosti duplikace všech systémů.
- Selhání softwaru – některá pole mají částečně funkce vytváření okamžitých kopií, což pomůže vytvořit více snímků;
- problémy s infrastrukturou - chrání pod podmínkou duplikace všech polí mimo server;
- výpadky napájení - částečně, chrání data ve vyrovnávací paměti řadiče pro zápis v přítomnosti baterie. Přítomnost redundantních napájecích zdrojů zaručuje vyšší spolehlivost.

Nechrání před:
- lidský faktor;
— nehody;
- katastrofy.

Důvodem implementace je buď potřeba konsolidace úložných zdrojů, jejich snadnější správa, možnost současného přístupu (například při vytváření clusteru), nebo potřeba vysokého výkonu, případně potřeba větší spolehlivosti (zdvojení cesty k ovladači).

Typičtí zástupci třídy: Xyratex 5xxx/6xxx, Dell MD3000, IBM 3XXX, HP MSA 2000.

2. Jednotky SSD

Obrázek 11. Jednotka SSD

Jednotka SSD (SSD, Solid State Drive) je počítačové úložné zařízení založené na paměťových čipech řízených řadičem. SSD disky neobsahují pohyblivé mechanické části.

Existují dva typy SSD disků: SSD založené na paměti podobné počítačové RAM a SSD založené na flash paměti.

V současné době se disky SSD používají v kompaktních zařízeních: notebooky, netbooky, komunikátory a smartphony. Někteří známí výrobci přešli na výrobu SSD již zcela, například Samsung prodal svůj byznys s pevnými disky společnosti Seagate v roce 2011.

Existují hybridní pevné disky, taková zařízení kombinují pevný disk (HDD) a relativně malý SSD v jednom zařízení jako mezipaměť (pro zvýšení výkonu a životnosti zařízení, snížení spotřeby). Zatím se takové disky používají především v přenosných zařízeních (notebooky, mobilní telefony atd.).

Obrázek 12 Hybridní disk Seagate Momentus XT 500 GB

Obrázek 13 Hybridní disk Seagate Momentus XT 500 GB

Obrázek 14 Hybrid Drive Electronics Seagate Momentus XT 500 GB

Historie vývoje

1978 – Americká společnost StorageTek vyvinula první polovodičový pohon moderního typu (založený na paměti RAM).
1982 - Americká společnost Cray představila polovodičovou paměť RAM pro své superpočítače Cray-1 s rychlostí 100 Mbps a Cray X-MP s rychlostí 320 Mbps, s kapacitou 8, 16 nebo 32 milionů 64 -bitá slova.
1995 – Izraelská společnost M-Systems představila první polovodičový flash disk.
2008 - Jihokorejské společnosti Mtron Storage Technology se podařilo vytvořit SSD disk s rychlostí zápisu 240 MB/s a rychlostí čtení 260 MB/s, což předvedla na výstavě v Soulu. Kapacita tohoto disku je 128 GB. Podle společnosti bude výroba takových zařízení zahájena v roce 2009.
2009 – Super Talent Technology uvádí na trh 512GB SSD, OCZ uvádí 1TB SSD.

V současnosti jsou nejvýznamnějšími společnostmi, které ve svých aktivitách intenzivně rozvíjejí směr SSD, Intel, Kingston, Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial a ADATA. O tento trh navíc projevuje zájem Toshiba.

Zařízení a provoz

Existují dva typy SSD disků:

NAND SSD
NAND SSD jsou disky postavené na použití nevolatilní paměti (NAND SSD), objevil se relativně nedávno s mnohem nižšími náklady (od 2 $ za gigabajt) a začal sebevědomě dobývat trh. Až donedávna byly výrazně horší než tradiční disky - pevné disky - v rychlosti zápisu, ale kompenzovaly to vysokou rychlostí získávání informací (počáteční polohování). Flash disky SSD se již vyrábějí s rychlostí čtení a zápisu, která je mnohonásobně vyšší než možnosti pevných disků. Vyznačují se relativně malými rozměry a nízkou spotřebou energie.

RAM SSD
RAM SSD jsou disky postavené na použití nestálý paměti (stejné jako u PC RAM) se vyznačují ultra rychlým čtením, zápisem a vyhledáváním informací. Jejich hlavní nevýhodou je extrémně vysoká cena (od 80 do 800 amerických dolarů za gigabajt). Používají se především pro urychlení práce velkých databázových systémů a výkonných grafických stanic. Takové disky jsou obvykle vybaveny bateriemi pro úsporu dat v případě výpadku napájení a dražší modely jsou vybaveny zálohovacími a / nebo online zálohovacími systémy.

Výhody a nevýhody
Výhody ve srovnání s pevnými disky (HDD):

• žádné pohyblivé části;
• vysoká rychlost čtení / zápisu, často přesahující šířku pásma rozhraní pevného disku (SAS / SATA II 3 Gb / s, SAS / SATA III 6 Gb / s, SCSI, Fibre Channel atd.);
• malá spotřeba energie;
• úplná absence hluku kvůli absenci pohyblivých částí a chladicích ventilátorů;
• vysoká mechanická odolnost;
• široký rozsah provozních teplot;
• stabilita doby čtení souborů bez ohledu na jejich umístění nebo fragmentaci;
• malé rozměry a hmotnost;
• velký modernizační potenciál jak pro samotné pohony, tak pro technologie jejich výroby.
• mnohem méně citlivé na vnější elektromagnetická pole.

Nedostatky:

• Hlavní nevýhodou SSD je omezený počet cyklů zápisu. Konvenční (MLC, Multi-level cell, multi-level memory cells) flash paměť umožňuje zapsat data asi 10 000krát. Dražší typy pamětí (SLC, jednoúrovňová buňka, jednoúrovňové paměťové buňky) – více než 100 000krát schémata vyvažování zátěže se používají k boji proti nerovnoměrnému opotřebení. Kontrolér ukládá informace o tom, kolikrát byly které bloky přepsány, a v případě potřeby je „zamění“;
• Problém kompatibility SSD disků se zastaralými a dokonce mnoha aktuálními verzemi rodiny OS Microsoft Windows, které nezohledňují specifika SSD disků a navíc je opotřebovávají. Použití odkládacího mechanismu (stránkování) na SSD operačními systémy také pravděpodobně sníží životnost disku;
• Cena gigabajtu SSD disků je výrazně vyšší než cena gigabajtu HDD. Cena SSD disků je navíc přímo úměrná jejich kapacitě, zatímco cena tradičních pevných disků závisí na počtu ploten a s rostoucí kapacitou úložiště rostou pomaleji.

Microsoft Windows a počítače této platformy s disky SSD.

Windows 7 zavádí speciální optimalizace pro práci s disky SSD. S SSD disky s nimi tento operační systém funguje jinak než s běžnými HDD. Windows 7 například neaplikuje defragmentaci na technologie SSD, Superfetch a ReadyBoost a další techniky čtení napřed, které zrychlují načítání aplikací z běžných HDD.

Předchozí verze systému Microsoft Windows tuto speciální optimalizaci nemají a jsou navrženy tak, aby fungovaly pouze s běžnými pevnými disky. Proto například některé operace se soubory systému Windows Vista, pokud nejsou zakázány, mohou zkrátit životnost disku SSD. Operace defragmentace by měla být zakázána, protože prakticky žádným způsobem neovlivňuje výkon média SSD a pouze jej dodatečně opotřebovává.

V roce 2007 vydala společnost ASUS netbook EEE PC 701 se 4GB SSD. Dne 9. září 2011 společnost Dell oznámila první na trhu kompletní sadu notebooků Dell Precision s polovodičovou pamětí v objemech 512 GB s jedním diskem a 1 TB se dvěma disky pro modely počítačů M4600 a M6600. Výrobce stanovil cenu za jeden 512GB SATA3 disk v době oznámení na 1120 dolarů.

SSD disk používají tablety Acer - modely Iconia Tab W500 a W501, Fujitsu Stylistic Q550 s Windows 7.

Počítače Mac OS X a Macintosh s SSD

Operační systém Mac OS X od verze 10.7 (Lion) plně implementuje podporu TRIM pro SSD paměti nainstalované v systému.

Od roku 2010 Apple představuje počítače řady Air, které jsou plně vybaveny pouze polovodičovou pamětí na bázi NAND Flash paměti. Do roku 2010 si kupující mohl pro tento počítač vybrat běžný pevný disk, ale další vývoj řady ve prospěch maximálního odlehčení a zmenšení skříně počítačů této řady si vyžádal úplné odmítnutí klasických pevných disků ve prospěch SSD disků. . Velikost paměti v počítačích řady Air se pohybuje od 64 GB do 512 GB. Podle J.P. Společnost Morgan od svého uvedení prodala 420 000 plně polovodičových NAND Flash počítačů.

3. Magnetické a optické mechaniky

Nezávislé studium.

Jednotka pevného disku (HDD) \ HDD (jednotka pevného disku) \ pevný disk (nosič) je hmotný objekt schopný ukládat informace.

Informační akumulátory lze klasifikovat podle následujících kritérií:

• způsob ukládání informací: magnetoelektrický, optický, magnetooptický;
• typ nosiče informací: mechaniky na disketových a pevných magnetických discích, optické a magnetooptické disky, magnetické pásky, polovodičové paměťové prvky;
• způsob organizace přístupu k informacím - pohony přímého, sekvenčního a blokového přístupu;
• typ zařízení pro ukládání informací - vestavěné (interní), externí, autonomní, mobilní (nositelné) atd.

Významná část v současnosti používaných médií pro ukládání informací je založena na magnetických médiích.

Zařízení s pevným diskem

Pevný disk obsahuje sadu desek, což jsou nejčastěji kovové disky potažené magnetickým materiálem - plotna (gama-ferit oxid, barnatý ferit, oxid chromu ...) a vzájemně propojené pomocí vřetena (hřídel, osa).
Samotné disky (tloušťka cca 2 mm) jsou vyrobeny z hliníku, mosazi, keramiky nebo skla. (viz obrázek)

Pro záznam se používají oba povrchy disků. Použité 4-9 desky. Hřídel se otáčí vysokou konstantní rychlostí (3600-7200 ot./min.)
Rotace kotoučů a radikální pohyb hlav se provádí pomocí 2 elektromotory.
Data se zapisují nebo čtou pomocí zapisovací/čtecí hlavy jeden pro každý povrch disku. Počet hlav se rovná počtu pracovních ploch všech disků.

Záznam informací na disk se provádí na přesně definovaných místech - soustředných stopy (stopy) . Tratě jsou rozděleny na sektory. Jeden sektor obsahuje 512 bajtů informací.

Výměna dat mezi RAM a NMD probíhá postupně po celém čísle (cluster). shluk- řetězce po sobě jdoucích sektorů (1,2,3,4,…)

Speciální motor pomocí závorky umístí čtecí/zapisovací hlavu nad danou stopu (posune ji v radiálním směru).
Při otáčení disku je hlava umístěna nad požadovaným sektorem. Je zřejmé, že všechny hlavy se pohybují současně a čtecí datové hlavy se pohybují současně a čtou informace ze stejných stop na různých mechanikách ze stejných stop na různých discích.

Volají se stopy pevného disku se stejným pořadovým číslem na různých pevných discích válec .
Čtecí/zapisovací hlavy se pohybují po povrchu plotny. Čím blíže je hlava k povrchu disku, aniž by se ho dotýkala, tím vyšší je přípustná hustota záznamu.

Zařízení pevného disku

Magnetický princip čtení a zápisu informací

princip magnetického záznamu

Fyzikální základy procesů záznamu a reprodukce informací na magnetických médiích byly položeny v dílech fyziků M. Faradaye (1791 - 1867) a D. K. Maxwella (1831 - 1879).

U magnetických paměťových médií se digitální záznam provádí na magneticky citlivý materiál. Mezi takové materiály patří některé druhy oxidů železa, nikl, kobalt a jeho sloučeniny, slitiny, dále magnetoplasty a magnetoelasty s viskózními plasty a pryží, mikropráškové magnetické materiály.

Magnetický povlak má tloušťku několika mikrometrů. Povlak je aplikován na nemagnetický základ, což jsou různé plasty pro magnetické pásky a diskety a hliníkové slitiny a kompozitní substrátové materiály pro pevné disky. Magnetický povlak disku má doménovou strukturu, tzn. se skládá z mnoha zmagnetizovaných drobných částic.

Magnetická doména (z latinského dominium - držení) - jedná se o mikroskopickou, rovnoměrně zmagnetizovanou oblast ve feromagnetických vzorcích, oddělenou od sousedních oblastí tenkými přechodovými vrstvami (doménové stěny).

Vlivem vnějšího magnetického pole jsou vnitřní magnetická pole domén orientována v souladu se směrem siločar magnetického pole. Po ukončení působení vnějšího pole se na povrchu domény vytvoří zóny zbytkové magnetizace. Díky této vlastnosti se na magnetickém nosiči ukládají informace, působící v magnetickém poli.

Při záznamu informací se pomocí magnetické hlavy vytváří vnější magnetické pole. V procesu čtení informace zóny zbytkové magnetizace, které jsou naproti magnetické hlavě, v ní při čtení indukují elektromotorickou sílu (EMF).

Schéma záznamu a čtení z magnetického disku je uvedeno na obr. 3.1 Změna směru EMF za určité časové období je označena binární jednotkou a nepřítomnost této změny je označena nulou. Toto časové období se nazývá bitový prvek.

Povrch magnetického nosiče je považován za sekvenci tečkovaných pozic, z nichž každá je spojena s trochou informace. Vzhledem k tomu, že umístění těchto poloh není přesně určeno, vyžaduje záznam předem aplikované značky, které pomohou lokalizovat požadované záznamové polohy. Chcete-li použít takové synchronizační značky, musí být disk rozdělen na stopy.
a sektory - formátování .

Organizace rychlého přístupu k informacím na disku je důležitým krokem v ukládání dat. Online přístup ke kterékoli části povrchu disku je zajištěn zaprvé jeho rychlou rotací a zadruhé pohybem magnetické čtecí/zapisovací hlavy po poloměru disku.
Disketa se otáčí rychlostí 300-360 ot./min a pevný disk - 3600-7200 ot./min.

Logická jednotka pevného disku

Magnetický disk není zpočátku připraven k provozu. Aby to bylo v provozuschopném stavu, musí to být formátovaný, tj. musí být vytvořena struktura disku.

Struktura (označení) disku se vytváří během procesu formátování.

Formátování magnetické disky zahrnují 2 stupně:

1. fyzické formátování (nízká úroveň)
2. logické (na vysoké úrovni).

Při fyzickém formátování se pracovní plocha disku rozdělí na samostatné oblasti tzv sektory, které se nacházejí podél soustředných kružnic - cest.

Dále jsou určeny sektory nevhodné pro záznam dat, jsou označeny jako špatný aby se zabránilo jejich použití. Každý sektor je nejmenší jednotkou dat na disku a má svou adresu pro přímý přístup k němu. Adresa sektoru obsahuje číslo strany disku, číslo stopy a číslo sektoru na stopě. Jsou nastaveny fyzické parametry disku.

Uživatel se zpravidla nemusí zabývat fyzickým formátováním, protože pevné disky ve většině případů dorazí zformátované. Obecně řečeno, toto by mělo provádět specializované servisní středisko.

Nízkoúrovňové formátování musí být provedeno v následujících případech:

• pokud dojde k poruše v nulté stopě, což způsobí problémy při bootování z pevného disku, ale samotný disk je dostupný při bootování z diskety;
• pokud se vrátíte do funkčního stavu starý disk, například přeskupený z rozbitého počítače.
• pokud se ukázalo, že disk je naformátován pro práci s jiným operačním systémem;
• pokud disk přestal normálně fungovat a všechny metody obnovy nepřinesly pozitivní výsledky.

Mějte na paměti, že fyzické formátování je velmi výkonný provoz.- při jeho spuštění budou data uložená na disku zcela vymazána a bude zcela nemožné je obnovit! Nezačínejte tedy nízkoúrovňové formátování, pokud si nejste jisti, že jste všechna důležitá data uložili z pevného disku!

Po provedení nízkoúrovňového formátování následuje další krok – vytvoření oddílu pevného disku na jeden nebo více logické disky - nejlepší způsob, jak se vypořádat se zmatkem adresářů a souborů roztroušených po disku.

Bez přidání jakýchkoli hardwarových prvků do systému získáte možnost pracovat s více částmi jednoho pevného disku, jako s více disky.
Tím se nezvýší kapacita disku, ale můžete výrazně zlepšit jeho organizaci. Kromě toho lze pro různé operační systémy použít různé logické jednotky.

Na logické formátování finální příprava média pro uložení dat probíhá logickou organizací diskového prostoru.
Disk se připravuje pro zápis souborů do sektorů vytvořených nízkoúrovňovým formátováním.
Po vytvoření tabulky členění disku následuje další krok - logické formátování jednotlivých částí členění, dále jen logické disky.

logický pohon je určitá oblast pevného disku, která funguje stejným způsobem jako samostatná jednotka.

Logické formátování je mnohem jednodušší proces než nízkoúrovňové formátování.
Chcete-li to provést, spusťte systém z diskety obsahující nástroj FORMAT.
Pokud máte více logických jednotek, naformátujte je jednu po druhé.

Během procesu logického formátování je disk přidělen oblast systému který se skládá ze 3 částí:

• spouštěcí sektor a tabulka oddílů (spouštěcí záznam)
• alokační tabulky souborů (FAT), které zaznamenávají počty stop a sektorů, ve kterých jsou uloženy soubory
• kořenový adresář (Root Directory).

Záznam informací se provádí po částech prostřednictvím clusteru. Ve stejném clusteru nemohou být 2 různé soubory.
Navíc v této fázi může být disk pojmenován.

Pevný disk lze rozdělit na několik logických disků a naopak 2 pevné disky lze spojit do jednoho logického disku.

Doporučuje se vytvořit na pevném disku alespoň dva oddíly (dva logické disky): jeden z nich je vyhrazen pro operační systém a software, druhý disk je vyhrazen výhradně pro uživatelská data. Datové a systémové soubory jsou tedy uloženy odděleně od sebe a v případě selhání operačního systému je pravděpodobnost uložení uživatelských dat mnohem větší.

Vlastnosti pevného disku

Pevné disky (pevné disky) se od sebe liší v následujících vlastnostech:

1. kapacita
2. rychlost - doba přístupu k datům, rychlost čtení a zápisu informací.
3. rozhraní (způsob připojení) - typ řadiče, ke kterému má být pevný disk připojen (nejčastěji IDE / EIDE a různé možnosti SCSI).
4. další funkce

1. Kapacita- množství informací, které se vejde na disk (určeno úrovní výrobní technologie).
Dnes je kapacita 500 -2000 a více GB. Místa na pevném disku není nikdy dost.

2. Rychlost práce (výkon) Disk je charakterizován dvěma indikátory: doba přístupu na disk A rychlost čtení/zápisu disku.

Doba přístupu - čas potřebný k přesunutí (umístění) čtecích/zápisových hlav na požadovanou stopu a sektor.
Průměrná charakteristická doba přístupu mezi dvěma náhodně vybranými stopami je přibližně 8-12 ms (milisekundy), rychlejší disky mají čas 5-7 ms.
Doba přechodu na sousední stopu (sousední válec) je menší než 0,5 - 1,5 ms. Otočit se do správného sektoru také nějakou dobu trvá.
Celková doba rotace disku u dnešních pevných disků je 8 - 16 ms, průměrná doba čekání na sektor je 3-8 ms.
Čím kratší je doba přístupu, tím rychleji disk poběží.

Rychlost čtení/zápisu(šířka pásma I/O) nebo rychlost přenosu dat (přenos)- doba přenosu sekvenčních dat závisí nejen na disku, ale také na jeho řadiči, typech sběrnic, rychlosti procesoru. Rychlost pomalých disků je 1,5-3 Mb/s, u rychlých 4-5 Mb/s, u nejnovějších 20 Mb/s.
Pevné disky s rozhraním SCSI podporují rychlost otáčení 10 000 ot./min. a průměrná doba vyhledávání 5 ms, rychlost přenosu dat 40-80 Mb/s.

3.Standardní rozhraní pevného disku - tj. typ řadiče, ke kterému má být pevný disk připojen. Nachází se na základní desce.
Existují tři hlavní rozhraní připojení

1. IDE a jeho různé varianty

IDE (Integrated Disk Electronics) nebo (ATA) Advanced Technology Attachment
Výhody - jednoduchost a nízká cena

Přenosová rychlost: 8,3, 16,7, 33,3, 66,6, 100 Mbps. Jak se data vyvíjejí, rozhraní podporuje rozšiřování seznamu zařízení: pevný disk, superfloppy, magnetooptika,
NML, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Jsou zavedeny některé prvky paralelizace (gneuing a odpojení / opětovné připojení), kontrola integrity dat během přenosu. Hlavní nevýhodou IDE je malý počet připojených zařízení (ne více než 4), což pro high-end PC zjevně nestačí.
Dnes rozhraní IDE přešla na nové výměnné protokoly Ultra ATA. Výrazně zvyšte svou propustnost
Režim 4 a DMA (Direct Memory Access) Režim 2 umožňuje přenášet data rychlostí 16,6 Mb/s, skutečná rychlost přenosu dat by však byla mnohem nižší.
Standardy Ultra DMA/33 a Ultra DMA/66 vyvinuté v únoru 98. od Quantum mají 3 provozní režimy 0,1,2 a 4, v druhém režimu média podporují
přenosová rychlost 33 Mb/s. (Ultra DMA/33 Mode 2) Této vysoké rychlosti lze dosáhnout pouze výměnou s vyrovnávací pamětí. Aby bylo možné využít
Ultra DMA standardy musí splňovat 2 podmínky:

1. hardwarová podpora na základní desce (čipové sadě) a na straně samotného disku.

2. podporovat režim Ultra DMA, jako ostatní DMA (přímý přístup do paměti s přímým přístupem do paměti).

Vyžaduje speciální ovladač pro různé čipové sady. Zpravidla jsou součástí základní desky, v případě potřeby ji lze „stáhnout“
z internetu ze stránek výrobce základní desky.

Standard Ultra DMA je zpětně kompatibilní s předchozími pomalejšími ovladači.
Dnešní verze: Ultra DMA/100 (konec roku 2000) a Ultra DMA/133 (2001).

SATA
Nahrazení IDE (ATA) jinou vysokorychlostní sériovou sběrnicí Fireware (IEEE-1394). Použití nové technologie umožní zvýšit přenosovou rychlost na 100 Mb/s,
zvyšuje spolehlivost systému, to vám umožní instalovat zařízení bez zahrnutí PC, což je v rozhraní ATA absolutně nemožné.

SCSI (Small Computer System Interface)- zařízení jsou 2x dražší než běžná, vyžadují speciální ovladač na základní desce.
Používá se pro servery, publikační systémy, CAD. Poskytují vyšší výkon (rychlost až 160Mb/s), širokou škálu připojených úložných zařízení.
Řadič SCSI je nutné zakoupit s příslušnou jednotkou.

Výhoda SCSI oproti IDE – flexibilita a výkon.
Flexibilita spočívá ve velkém počtu připojených zařízení (7-15) au IDE (maximálně 4) delší délce kabelu.
Výkon – Vysoká přenosová rychlost a schopnost zpracovávat více transakcí současně.

1. Ultra SCSI 2/3 (Fast-20) až 40 Mb/s

2. Další technologie rozhraní SCSI s názvem Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) umožňuje připojení až 100Mbps, délka kabelu je až 30 metrů. Technologie FC-AL umožňuje provádět "horké" připojení, tzn. na cestách, má další linky pro kontrolu a opravu chyb (technologie je dražší než konvenční SCSI).

4. Další vlastnosti moderních pevných disků

Velké množství modelů pevných disků ztěžuje výběr toho správného.
Kromě požadované kapacity je velmi důležitý i výkon, který je dán především jeho fyzickými vlastnostmi.
Takovými charakteristikami jsou průměrná doba vyhledávání, rychlost otáčení, interní a externí přenosová rychlost, velikost vyrovnávací paměti.

4.1 Průměrná doba vyhledávání.

Pevný disk stráví nějaký čas přesunem magnetické hlavy aktuální pozice do nové, což je potřeba k přečtení další informace.
V každé konkrétní situaci je tato doba jiná, v závislosti na vzdálenosti, kterou musí hlava posunout. Obvykle jsou ve specifikacích uvedeny pouze průměrné hodnoty a algoritmy průměrování používané různými společnostmi se obecně liší, takže přímé srovnání je obtížné.

Například Fujitsu, Western Digital procházejí všemi možnými dvojicemi stop, Maxtor a Quantum používají metodu náhodného přístupu. Získaný výsledek lze dále upravit.

Hodnota doby vyhledávání pro zápis je často o něco vyšší než pro čtení. Někteří výrobci uvádějí ve specifikacích pouze nižší hodnotu (pro čtení). V každém případě je užitečné kromě průměrných hodnot zohlednit i maximální (přes celý disk),
a minimální doba vyhledávání (tj. od stopy ke stopě).

4.2 Rychlost otáčení

Z hlediska rychlosti přístupu k požadovanému fragmentu záznamu rychlost rotace ovlivňuje hodnotu tzv. skrytého času, který je nutný k tomu, aby se disk otočil k magnetické hlavě s požadovaným sektorem.

Průměrná hodnota této doby odpovídá polovině otáčky disku a je 8,33 ms při 3600 otáčkách za minutu, 6,67 ms při 4500 otáčkách za minutu, 5,56 ms při 5400 otáčkách za minutu, 4,17 ms při 7200 otáčkách za minutu.

Hodnota skrytého času je srovnatelná s průměrnou dobou vyhledávání, takže v některých režimech může mít stejný, ne-li větší dopad na výkon.

4.3 Interní přenosová rychlost

Rychlost, jakou jsou data zapisována na disk nebo čtena z disku. Kvůli zónovému záznamu má proměnnou hodnotu - vyšší na vnějších stopách a nižší na vnitřních.
Při práci s dlouhými soubory je to v mnoha případech právě tento parametr, který omezuje přenosovou rychlost.

4.4 Externí přenosová rychlost

- rychlost (špička), s jakou jsou data přenášena přes rozhraní.

Závisí na typu rozhraní a nejčastěji má pevné hodnoty: 8.3; 11,1; 16,7 Mb/s pro Enhanced IDE (PIO Mode2, 3, 4); 33,3 66,6 100 pro Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Mb/s pro synchronní SCSI, Fast SCSI-2, FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 bitů), resp.

4.5 Přítomnost pevného disku jeho Cache paměti a jeho velikost (disk buffer).

Objem a organizace vyrovnávací paměti (vnitřní vyrovnávací paměti) může výrazně ovlivnit výkon pevného disku. Stejně jako u běžné mezipaměti,
nárůst produktivity po dosažení určitého objemu se prudce zpomaluje.

Velká segmentovaná mezipaměť je důležitá pro vysoce výkonné jednotky SCSI používané v prostředích multitaskingu. Čím více mezipaměti, tím rychlejší je pevný disk (128–256 Kb).

Dopad každého z parametrů na celkový výkon je poměrně obtížné izolovat.

Požadavky na pevný disk

Hlavním požadavkem na disky je, aby spolehlivost provozu byla zaručena dlouhou životností komponentů 5-7 let; dobrá statistika, konkrétně:

• střední doba mezi poruchami není kratší než 500 tisíc hodin (nejvyšší třída je 1 milion hodin nebo více).
• vestavěný systém aktivního sledování stavu diskových uzlů Technologie SMART / Self Monitoring Analysis and Report.

Technika CHYTRÝ. (Technologie analýzy a sestavování vlastního monitorování) je otevřený průmyslový standard vyvinutý najednou společnostmi Compaq, IBM a řadou dalších výrobců pevných disků.

Smysl této technologie spočívá v interní autodiagnostike pevného disku, která umožňuje posoudit jeho aktuální stav a informovat o možných budoucích problémech, které by mohly vést ke ztrátě dat nebo selhání disku.

Stav všech životně důležitých prvků disku je neustále monitorován:
hlavy, pracovní plochy, elektromotor s vřetenem, elektronická jednotka. Pokud je například zjištěno zeslabení signálu, pak se informace přepíše a probíhá další pozorování.
Pokud signál opět zeslábne, pak se data přenesou na jiné místo a tento cluster se umístí jako vadný a nepřístupný a místo něj se zpřístupní jiný cluster z diskové rezervy.

Při práci s pevným diskem byste měli dodržovat teplotní režim, ve kterém disk pracuje. Výrobci zaručují bezproblémový provoz pevného disku při okolní teplotě v rozsahu od 0 C do 50 C, i když v zásadě bez vážnějších následků můžete změnit hranice nejméně o 10 stupňů v obou směrech.
Při velkých teplotních odchylkách nemusí dojít k vytvoření vzduchové mezery požadované tloušťky, což povede k poškození magnetické vrstvy.

Obecně platí, že výrobci HDD věnují spolehlivosti svých produktů poměrně velkou pozornost.

Hlavním problémem je vnikání cizích částic do disku.

Pro srovnání: částečka tabákového kouře je dvakrát větší než vzdálenost mezi povrchem a hlavou, tloušťka lidského vlasu je 5-10krát větší.
Pro hlavu bude mít setkání s takovými předměty za následek silný úder a v důsledku toho částečné poškození nebo úplné selhání.
Navenek je to patrné jako vzhled velkého množství pravidelně uspořádaných nepoužitelných shluků.

Nebezpečná jsou krátkodobá velká zrychlení (přetížení), ke kterým dochází při otřesech, pádech apod. Například při úderu hlava prudce zasáhne magnetický
vrstvy a způsobí její destrukci v odpovídajícím místě. Nebo se naopak nejprve pohybuje v opačném směru a pak působením pružné síly dopadá na povrch jako pružina.
V důsledku toho se v pouzdře objevují magnetické částice povlaku, které opět mohou poškodit hlavu.

Neměli byste si myslet, že při působení odstředivé síly odletí z disku - magnetické vrstvy
pevně je vtáhne dovnitř. Důsledkem v zásadě není samotný dopad (se ztrátou určitého počtu shluků se dá nějak smířit), ale to, že v tomto případě vznikají částice, které jistě způsobí další poškození disku.

Aby se zabránilo takovým velmi nepříjemným případům, různé firmy se uchylují k nejrůznějším trikům. Kromě pouhého zvýšení mechanické pevnosti diskových komponent se využívá i inteligentní technologie S.M.A.R.T., která hlídá spolehlivost záznamu a bezpečnost dat na médiu (viz výše).

Disk se vlastně vždy nenaformátuje na plnou kapacitu, je tam nějaká rezerva. Je to dáno především tím, že vyrobit nosič je prakticky nemožné
na kterých by byl kvalitní absolutně celý povrch, určitě budou špatné shluky (vadné). Při nízkoúrovňovém formátování disku je jeho elektronika nakonfigurována tak
tak, že obejde tyto neúspěšné oblasti a pro uživatele je zcela neviditelné, že médium má vadu. Pokud jsou však viditelné (například po formátování
nástroj zobrazí jejich číslo jiné než nula), pak je to již velmi špatné.

Pokud záruka nevypršela (a dle mého názoru je nejlepší koupit HDD se zárukou), tak okamžitě vezměte disk prodejci a požadujte výměnu média nebo vrácení peněz.
Prodejce samozřejmě okamžitě začne říkat, že pár špatných sekcí ještě není důvodem k obavám, ale nevěřte mu. Jak již bylo zmíněno, tento pár s největší pravděpodobností způsobí mnohem více dalších a následně je obecně možné úplné selhání pevného disku.

Disk je zvláště citlivý na poškození v provozním stavu, proto byste počítač neměli umisťovat na místo, kde by mohl být vystaven různým otřesům, vibracím a podobně.

Příprava pevného disku na práci

Začněme úplně od začátku. Předpokládejme, že jste zakoupili pevný disk a kabel k němu odděleně od počítače.
(Faktem je, že při koupi sestaveného počítače dostanete disk připravený k použití).

Pár slov o zacházení s ním. Pevný disk je velmi složitý výrobek obsahující kromě elektroniky i přesnou mechaniku.
Vyžaduje proto opatrné zacházení – otřesy, pády a silné vibrace mohou poškodit jeho mechanickou část. Řídicí deska zpravidla obsahuje mnoho malých prvků a není uzavřena silnými kryty. Z tohoto důvodu byste měli dbát na jeho bezpečnost.
První věc, kterou musíte udělat, když dostanete pevný disk, je přečíst si dokumentaci, která byla s ním dodána – bude jistě obsahovat mnoho užitečných a zajímavých informací. Přitom byste měli věnovat pozornost následujícím bodům:

• přítomnost a možnosti nastavení propojek, které určují nastavení (instalaci) disku, například definování takového parametru, jako je fyzický název disku (mohou být, ale nemusí),
• počet hlav, cylindrů, sektorů na discích, úroveň předkompenzace a také typ disku. Tato data je nutné zadat jako odpověď na výzvu z programu pro nastavení počítače (nastavení).
  Všechny tyto informace budou potřeba při formátování disku a přípravě stroje na práci s ním.
• Pokud PC sám neurčuje parametry vašeho pevného disku, stane se větším problémem instalace disku, ke kterému není dokumentace.
  Na většině pevných disků najdete štítky s názvem výrobce, typem (značkou) zařízení a také tabulkou stop, které se nesmí používat.
  Kromě toho může pohon obsahovat informace o počtu hlav, válců a sektorů a úrovni předkompenzace.

Pro spravedlnost je třeba říci, že často je na disku napsáno pouze jeho jméno. Ale i v tomto případě můžete požadované informace najít buď v adresáři,
nebo zavoláním zástupce společnosti. Je důležité získat odpovědi na tři otázky:

• Jak by měly být nastaveny propojky, aby bylo možné disk používat jako master/slave?
• kolik válců, hlav, sektorů na stopu, jaká je hodnota předkompenzace?
• Jaký typ disku z ROM BIOS je pro tuto mechaniku nejvhodnější?

S těmito informacemi můžete pokračovat v instalaci pevného disku.

Chcete-li nainstalovat pevný disk do počítače, postupujte takto:

1. Odpojte celou systémovou jednotku od napájení, sejměte kryt.
2. Připojte kabel pevného disku k řadiči základní desky. Pokud nainstalujete druhý disk, můžete použít kabel z prvního, pokud má další konektor, ale musíte si uvědomit, že rychlost různých pevných disků se bude porovnávat pomalu.
3. V případě potřeby přepněte propojky podle způsobu použití pevného disku.
4. Nainstalujte disk do volného místa a připojte kabel od ovladače na desce ke konektoru pevného disku s červeným pruhem ke zdroji, napájecímu kabelu.
5. Pevný disk bezpečně upevněte čtyřmi šrouby na obou stranách, kabely umístěte úhledně/šetrně dovnitř počítače tak, aby při zavírání krytu nedošlo k jejich přeříznutí,
6. Zavřete systémový blok.
7. Pokud samotný počítač pevný disk nerozpoznal, změňte konfiguraci počítače pomocí Nastavení, aby počítač věděl, že k němu bylo přidáno nové zařízení.

Výrobci pevných disků

Pevné disky stejné kapacity (ale od různých výrobců) mají obvykle víceméně podobné vlastnosti a rozdíly se projevují především v designu skříně, tvarovém faktoru (jinými slovy rozměrech) a záruční době. Kromě toho je třeba zvláště zmínit to druhé: náklady na informace na moderním pevném disku jsou často mnohonásobně vyšší než jeho vlastní cena.

Pokud váš disk selže, pokus o jeho opravu často znamená pouze vystavení vašich dat dalšímu riziku.
Mnohem rozumnějším způsobem je výměna vadného zařízení za nové.
Lví podíl pevných disků na ruském (nejen) trhu tvoří produkty IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

jméno výrobce, který tento typ pohonu vyrábí,

Korporace Quantum (www.quantum.com.), založená v roce 1980, je jedním z veteránů na trhu diskových úložišť. Společnost je známá svými inovativními technickými řešeními zaměřenými na zlepšení spolehlivosti a výkonu pevných disků, přístupové doby k disku a rychlosti čtení/zápisu disku, schopnosti informovat o možných budoucích problémech, které by mohly vést ke ztrátě dat nebo selhání disku.

- Jednou z proprietárních technologií Quantum je SPS (Shock Protection System), navržená k ochraně disku před otřesy.

- vestavěný program DPS (Data Protection System) určený k záchraně toho nejdražšího - dat na nich uložených.

Korporace Western Digital (www.wdс.com.) je také jednou z nejstarších společností vyrábějících diskové mechaniky, ve své historii poznala své vzestupy i pády.
Společnost nedávno dokázala zavést do svých pohonů nejnovější technologie. Mezi nimi stojí za zmínku náš vlastní vývoj - technologie Data Lifeguard, která je dalším vývojem S.M.A.R.T. Snaží se logicky dokončit řetězec.

Podle této technologie je povrch disku pravidelně skenován v době, kdy není systémem využíván. Čte data a kontroluje jejich integritu. Pokud jsou v procesu přístupu k sektoru zaznamenány problémy, jsou data přenesena do jiného sektoru.
Informace o nekvalitních sektorech jsou zaznamenány v interním seznamu defektů, což umožňuje vyhnout se budoucímu zápisu do vadných sektorů.

Firma Seagate (www.seagate.com) na našem trhu velmi známá. Mimochodem, pevné disky této konkrétní společnosti doporučuji, jelikož jsou spolehlivé a odolné.

V roce 1998 se znovu vrátila vydáním série disků Medalist Pro.
s rychlostí otáčení 7200 ot./min., k tomu se používají speciální ložiska. Dříve se tato rychlost používala pouze u jednotek rozhraní SCSI, což zvyšovalo výkon. Stejná řada využívá technologii SeaShield System, která má zlepšit ochranu disku a dat na něm uložených před účinky elektrostatického náboje a otřesů. Zároveň se také snižuje účinek elektromagnetického záření.

Všechny vyrobené disky podporují S.M.A.R.T.
Nové disky společnosti Seagate zahrnují vylepšenou verzi systému SeaShield s více funkcemi.
Je příznačné, že společnost Seagate prohlásila nejvyšší odolnost proti nárazu v tomto odvětví z aktualizované řady – 300G v neprovozním stavu.

Firma IBM (www.storage.ibm.com) ačkoli to nebylo donedávna hlavním dodavatelem na ruském trhu pevných disků, rychle si získalo dobrou pověst pro své rychlé a spolehlivé pevné disky.

Firma Fujitsu (www.fujitsu.com) je velkým a zkušeným výrobcem diskových mechanik nejen magnetických, ale i optických a magnetooptických.
Pravda, společnost není v žádném případě lídrem na trhu pevných disků s rozhraním IDE: ovládá (podle různých studií) asi 4 % tohoto trhu a její hlavní zájmy leží v oblasti SCSI zařízení.

Terminologický slovník

Protože některé prvky pohonu, které hrají důležitou roli v jeho provozu, jsou často vnímány jako abstraktní pojmy, následuje vysvětlení nejdůležitějších pojmů.

Doba přístupu je doba, kterou pevný disk potřebuje k vyhledání a přenosu dat do nebo z paměti.
Výkon pevných disků je často určen dobou přístupu (načítání).

Cluster (Сluster)- nejmenší jednotka prostoru, se kterou OS pracuje v tabulce umístění souboru. Klastr se obvykle skládá z 2-4-8 nebo více sektorů.
Počet sektorů závisí na typu disku. Hledání klastrů místo jednotlivých sektorů snižuje časem režii OS. Velké clustery poskytují rychlejší výkon
disk, protože počet clusterů je v tomto případě menší, ale místo (prostor) na disku se využívá hůře, protože mnoho souborů může být menších než cluster a zbývající bajty clusteru nejsou využity.

Controller (CU) (Controller)- obvody, obvykle umístěné na rozšiřující desce, které řídí činnost jednotky pevného disku, včetně pohybu hlavy a čtení a zápisu dat.

válec (Сylinder)- Stopy umístěné proti sobě na všech stranách všech disků.

Hlava pohonu- mechanismus, který se pohybuje po povrchu pevného disku a zajišťuje elektromagnetický záznam nebo čtení dat.

Tabulka alokace souborů (FAT)- záznam generovaný OS, který sleduje umístění každého souboru na disku a které sektory se používají a které do nich mohou zapisovat nová data.

Mezera hlavy je vzdálenost mezi hlavou jednotky a povrchem disku.

Interleave- vztah mezi rychlostí otáčení disku a organizací sektorů na disku. Rychlost rotace disku obvykle překračuje schopnost počítače přijímat data z disku. V době, kdy řadič čte data, další sériový sektor již prošel hlavou. Data se tedy na disk zapisují přes jeden nebo dva sektory. Pomocí speciálního softwaru můžete při formátování disku změnit pořadí prokládání.

Logický pohon- určité části pracovní plochy pevného disku, které jsou považovány za samostatné jednotky.
Některé logické jednotky lze použít pro jiné operační systémy, jako je UNIX.

Parkoviště- posunutí hlav mechaniky do určitého bodu a jejich upevnění ve stacionárním stavu přes nepoužívané části disku, aby se minimalizovalo poškození, když se mechanika otřese, když hlavy narazí na povrch disku.

Dělení oddílů– operace rozdělení pevného disku na logické disky. Všechny disky jsou rozděleny na oddíly, i když malé disky mohou mít pouze jeden oddíl.

Disk (talíř)- samotný kovový disk, pokrytý magnetickým materiálem, na který se zapisují data. Pevný disk má obvykle více než jeden disk.

RLL (omezená délka běhu) Schéma kódování používané některými řadiči ke zvýšení počtu sektorů na stopu, aby bylo možné umístit více dat.

Sektor- rozdělení diskových stop, což je hlavní jednotka velikosti používaná jednotkou. Sektory OS mají obvykle 512 bajtů.

Čas určování polohy (čas vyhledávání)- čas potřebný k tomu, aby se hlava přesunula z dráhy, na které je instalována, na jinou požadovanou dráhu.

Track (Track)- soustředné rozdělení disku. Skladby jsou jako skladby na desce. Na rozdíl od stop na desce, které jsou souvislou spirálou, jsou stopy na disku kruhové. Tratě jsou zase rozděleny do shluků a sektorů.

Čas vyhledávání mezi skladbou- čas potřebný pro přechod hlavy pohonu na sousední kolej.

Přenosová rychlost- množství informací přenesených mezi diskem a počítačem za jednotku času. Zahrnuje také čas vyhledávání stopy.

Jak vypadá moderní pevný disk (HDD) uvnitř? Jak to rozebrat? Jaké jsou názvy částí a jaké funkce plní v obecném mechanismu ukládání informací? Odpovědi na tyto a další otázky naleznete níže. Kromě toho si ukážeme vztah mezi ruskou a anglickou terminologií popisující součásti pevného disku.

Pro názornost se podívejme na 3,5palcový SATA disk. Půjde o zbrusu nový terabajtový Seagate ST31000333AS. Pojďme prozkoumat naše morče.

Zelená šroubovací deska s viditelným vzorem kolejí, napájecími a SATA konektory se nazývá deska elektroniky nebo řídicí deska (Printed Circuit Board, PCB). Provádí funkce elektronického ovládání pevného disku. Jeho práci lze přirovnat k ukládání digitálních dat do magnetických tisků a jejich zpětnému rozpoznání na požádání. Třeba jako pilný úředník s texty na papíře. Černé hliníkové pouzdro a jeho obsah se nazývá HDA (Head and Disk Assembly, HDA). Mezi specialisty je zvykem nazývat ji „banka“. Tělo bez obsahu se také nazývá HDA (základna).

Nyní vyjmeme desku plošných spojů (budete potřebovat hvězdicový šroubovák T-6) a prozkoumáme součástky na ní umístěné.

První, co vás upoutá, je velký čip umístěný uprostřed – System on a chip (System On Chip, SOC). Má dvě hlavní složky:

1. Centrální procesorová jednotka, která provádí všechny výpočty (Centrální procesorová jednotka, CPU). Procesor má vstupně-výstupní porty (IO porty) pro ovládání dalších komponent umístěných na desce plošných spojů a přenos dat přes rozhraní SATA.
2. Kanál čtení/zápis je zařízení, které během operace čtení převádí analogový signál přicházející z hlav na digitální data a během operace zápisu kóduje digitální data na analogový signál. Sleduje také polohu hlav. Jinými slovy, při psaní vytváří magnetické obrazy a při čtení je rozpoznává.

Paměťový čip je konvenční DDR SDRAM paměť. Velikost paměti určuje velikost mezipaměti pevného disku. Tato obvodová deska má 32 MB paměti Samsung DDR, což teoreticky dává disku 32 MB cache (a to je přesně množství uvedené ve specifikacích pevného disku), ale není to tak úplně pravda. Paměť je totiž logicky rozdělena na vyrovnávací paměť (cache) a paměť firmwaru (firmware). Procesor potřebuje nějakou paměť k načtení modulů firmwaru. Pokud je známo, pouze výrobce HGST uvádí skutečné množství mezipaměti ve specifikačním listu; Pokud jde o zbytek disků, skutečnou velikost mezipaměti můžeme pouze hádat. Ve specifikaci ATA kompilátory nerozšířily limit stanovený v dřívějších verzích na 16 megabajtů. Programy proto nemohou zobrazit více než maximální hlasitost.

Dalším čipem je ovladač motoru vřetena a kmitací cívky, který pohybuje hlavní jednotkou (řadič motoru hlasové cívky a motoru vřetena, ovladač VCM a SM). V žargonu specialistů jde o „zvrat“. Tento čip navíc řídí sekundární zdroje napájení umístěné na desce, ze kterých je napájen procesor a spínací čip předzesilovače (předzesilovač, předzesilovač) umístěný v HDA. To je hlavní spotřebitel energie na desce plošných spojů. Řídí otáčení vřetena a pohyb hlav. Po vypnutí napájení také přepne zastavovací motor do režimu generování a přivede přijatou energii do kmitací cívky pro plynulé zaparkování magnetických hlav. Jádro regulátoru VCM může pracovat i při 100 °C.

Část ovládacího programu (firmware) disku je uložena ve flash paměti (označené na obrázku: Flash). Když je na disk přivedeno napájení, mikrokontrolér do sebe nejprve nahraje malou boot ROM a poté přepíše obsah flash čipu do paměti a začne spouštět kód z RAM. Bez načteného správného kódu disk ani nebude chtít nastartovat motor. Pokud na desce není žádný flash čip, pak je zabudován do mikrokontroléru. Na moderních discích (někde z roku 2004 a novějších, ale pevné disky Samsung s nálepkami Seagate jsou výjimkou) flash paměť obsahuje tabulky s kódy nastavení mechanik a hlav, které jsou pro tento HDA ​​jedinečné a na jiný se nevejdou. Operace „řadiče přenosu“ tedy vždy končí buď tím, že disk „není detekován v BIOSu“, nebo je určen továrním interním názvem, ale stále neumožňuje přístup k datům. U uvažovaného disku Seagate 7200.11 vede ztráta původního obsahu flash paměti k úplné ztrátě přístupu k informacím, protože nebude možné vyzvednout nebo uhodnout nastavení (v každém případě je taková technika autorovi neznámé).

Na youtube kanálu R.Lab je několik příkladů přepájení desky z vadné desky na funkční:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX výměna PCB
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ výměna PCB

Otřesový senzor reaguje na otřesy, které jsou pro disk nebezpečné, a vyšle o tom signál do řadiče VCM. VCM okamžitě zaparkuje hlavy a může zastavit otáčení disku. Teoreticky by tento mechanismus měl ochránit mechaniku před dalším poškozením, ale v praxi to nefunguje, takže disky neupouštějte. I při pádu se může vřetenový motor zaseknout, ale o tom později. U některých disků má snímač vibrací zvýšenou citlivost, reagující na sebemenší mechanické vibrace. Data přijatá ze snímače umožňují ovladači VCM korigovat pohyb hlav. Kromě hlavního jsou na takových discích instalovány dva další snímače vibrací. Na naší desce nejsou další senzory připájeny, ale jsou pro ně místa - na obrázku jsou označeny jako „Snímač vibrací“.

Na desce je další ochranné zařízení - potlačení přechodového napětí (TVS). Chrání desku před přepětím. Během přepětí se TVS spálí a vytvoří zkrat na kostru. Tato deska má dva TVS, 5 a 12 voltů.

Elektronika pro starší disky byla méně integrovaná a každá funkce byla rozdělena do jednoho nebo více čipů.

Nyní zvažte HDA.

Pod deskou jsou kontakty motoru a hlav. Na pouzdře disku je navíc malý, téměř neznatelný otvor (dýchací otvor). Slouží k vyrovnání tlaku. Mnoho lidí si myslí, že uvnitř pevného disku je vakuum. Ve skutečnosti není. Vzduch je potřeba pro aerodynamický vzlet hlav nad hladinou. Tento otvor umožňuje disku vyrovnat tlak uvnitř a vně kontejnmentu. Na vnitřní straně je tento otvor překryt dechovým filtrem, který zachycuje částice prachu a vlhkosti.

Nyní se podíváme do kontejnmentu. Odstraňte kryt disku.

Samotné víko není nic zvláštního. Je to jen ocelová deska s gumovým těsněním, aby se dovnitř nedostal prach. Nakonec zvažte vyplnění ochranného prostoru.

Informace se ukládají na disky, nazývané také „palačinky“, magnetické plochy nebo desky (talíře). Data se zaznamenávají na obou stranách. Někdy však není hlava nainstalována na jedné ze stran, nebo je hlava fyzicky přítomna, ale v továrně je deaktivována. Na fotografii vidíte horní desku odpovídající nejvyšší očíslované hlavě. Desky jsou vyrobeny z leštěného hliníku nebo skla a jsou pokryty několika vrstvami různého složení, včetně feromagnetické látky, na které jsou ve skutečnosti data uložena. Mezi deskami, stejně jako nad jejich horní částí, vidíme speciální vložky nazývané separátory nebo separátory (tlumiče nebo separátory). Jsou potřebné k vyrovnání proudění vzduchu a snížení akustického hluku. Zpravidla jsou vyrobeny z hliníku nebo plastu. Hliníkové separátory jsou úspěšnější při chlazení vzduchu uvnitř kontejnmentu. Níže je uveden příklad modelu proudění vzduchu uvnitř HDA.

Boční pohled na desky a separátory.

Čtecí a zapisovací hlavy (hlavy) jsou instalovány na koncích držáků jednotky magnetické hlavy nebo HSA (Head Stack Assembly, HSA). Parkovací zóna je oblast, kde by měly být hlavy zdravého disku, když je vřeteno zastaveno. U tohoto kotouče je parkovací zóna umístěna blíže k vřetenu, jak je vidět na fotografii.

U některých pohonů se parkování provádí na speciálních plastových parkovacích plochách umístěných mimo štítky.

Parkovací podložka Western Digital 3,5” Drive

Pokud jsou hlavy zaparkované uvnitř desek, je k odstranění bloku magnetických hlav potřeba speciální nástroj, bez něj je velmi obtížné vyjmout BMG bez poškození. Pro vnější parkování můžete mezi hlavy vložit plastové trubky vhodné velikosti a blok vyjmout. Sice existují i ​​stahováky pro toto pouzdro, ale ty jsou jednodušší konstrukce.

Pevný disk je přesný polohovací mechanismus a vyžaduje velmi čistý vzduch, aby správně fungoval. Během používání se mohou uvnitř pevného disku tvořit mikroskopické částice kovu a mastnoty. Pro okamžité vyčištění vzduchu uvnitř disku slouží recirkulační filtr. Jedná se o high-tech zařízení, které neustále shromažďuje a zachycuje nejmenší částice. Filtr je v dráze proudů vzduchu vytvořených rotací desek

Nyní sejmeme horní magnet a podívejme se, co se pod ním skrývá.

Pevné disky využívají velmi výkonné neodymové magnety. Tyto magnety jsou tak silné, že dokážou zvednout 1300násobek své vlastní hmotnosti. Nevkládejte tedy prst mezi magnet a kov nebo jiný magnet – úder bude velmi citlivý. Na této fotografii jsou omezovače BMG. Jejich úkolem je omezit pohyb hlav a nechat je na povrchu desek. Omezovače BMG různých modelů jsou uspořádány různě, ale vždy jsou dva, používají se na všech moderních pevných discích. U našeho pohonu je druhý omezovač umístěn na spodním magnetu.

Zde je to, co tam můžete vidět.

Vidíme zde také cívku (voice coil), která je součástí bloku magnetických hlav. Cívka a magnety tvoří pohon VCM (Voice Coil Motor, VCM). Pohon a blok magnetických hlav tvoří polohovadlo (aktor) - zařízení, které pohybuje hlavami.

Černý plastový kus složitého tvaru se nazývá západka (aktivační západka). Dodává se ve dvou typech: magnetický a vzduchový (vzduchový zámek). Magnetická funguje jako jednoduchá magnetická západka. Uvolnění se provádí přivedením elektrického impulsu. Vzduchová západka uvolní BMG poté, co se motor vřetena roztáčí natolik, aby tlak vzduchu vytlačil zarážku z dráhy kmitací cívky. Západka chrání hlavy před vylétnutím z hlav do pracovního prostoru. Pokud z nějakého důvodu západka nezvládla svou funkci (disk spadl nebo narazil, když byl zapnutý), hlavy se přilepí k povrchu. U 3,5“ disků následné zařazení kvůli většímu výkonu motoru jednoduše utrhne hlavy. Ale v 2,5 "výkon motoru je menší a šance na obnovu dat uvolněním nativních hlav" ze zajetí "je poměrně vysoká.

Nyní odstraníme blok magnetických hlav.

Přesnost a plynulost pohybu BMG je podporována přesným ložiskem. Největší část BMG, vyrobená z hliníkové slitiny, se obvykle nazývá držák nebo vahadlo (rameno). Na konci vahadla jsou hlavy na pružinovém závěsu (Heads Gimbal Assembly, HGA). Obvykle hlavy a vahadla dodávají různí výrobci. Flexibilní kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) vede k podložce, která se hodí k řídicí desce.

Zvažte komponenty BMG podrobněji.

Cívka připojená ke kabelu.

Ložisko.

Následující fotografie ukazuje kontakty BMG.

Těsnění (těsnění) zajišťuje těsnost spoje. Vzduch tak může dovnitř disku a hlavní jednotky vstupovat pouze otvorem pro vyrovnávání tlaku. Kontakty na tomto disku jsou potaženy tenkou vrstvou zlata, aby se zabránilo oxidaci. Ale na straně desky elektroniky často dochází k oxidaci, což vede k poruše HDD. Oxidaci z kontaktů můžete odstranit gumou (gumou).

Jedná se o klasický rockerský design.

Malé černé kousky na koncích pružinových závěsů se nazývají posuvníky. Mnoho zdrojů uvádí, že posuvníky a hlavy jsou jedno a totéž. Ve skutečnosti posuvník pomáhá číst a zapisovat informace zvednutím hlavy nad povrch magnetických disků. Na moderních pevných discích se hlavy pohybují ve vzdálenosti 5-10 nanometrů od povrchu. Pro srovnání, lidský vlas má průměr asi 25 000 nanometrů. Pokud se nějaká částice dostane pod šoupátko, může dojít k přehřátí hlavic v důsledku tření a selhání, proto je čistota vzduchu uvnitř kontejnmentu tak důležitá. Také prach může způsobit škrábance. Z nich se tvoří nové prachové částice, ale již magnetické, které ulpívají na magnetickém disku a způsobují nové škrábance. To vede k tomu, že se disk rychle pokryje škrábanci nebo lidově řečeno „upiluje“. V tomto stavu již nefunguje tenká magnetická vrstva ani magnetické hlavy a pevný disk se klepe (smrt cvaknutí).

Čtecí a psací prvky samotné hlavy jsou umístěny na konci posuvníku. Jsou tak malé, že je lze vidět pouze s dobrým mikroskopem. Níže je uveden příklad fotografie (vpravo) přes mikroskop a schematické znázornění (vlevo) vzájemné polohy psacího a čtecího prvku hlavy.

Podívejme se blíže na povrch posuvníku.

Jak je vidět, povrch slideru není rovný, má aerodynamické drážky. Pomáhají stabilizovat výšku letu slideru. Vzduch pod jezdcem tvoří vzduchový polštář (Air Bearing Surface, ABS). Vzduchový polštář udržuje let jezdce téměř rovnoběžně s povrchem palačinky.

Zde je další obrázek posuvníku.

Kontakty hlavy jsou zde jasně viditelné.

To je další důležitá část BMG, o které se ještě nemluvilo. Říká se mu předzesilovač (předzesilovač, předzesilovač). Předzesilovač je čip, který řídí hlavy a zesiluje signál přicházející do nich nebo z nich.

Předzesilovač je umístěn přímo v BMG z velmi prostého důvodu – signál vycházející z hlav je velmi slabý. Na moderních jednotkách má frekvenci vyšší než 1 GHz. Pokud předzesilovač vyjmete z prostoru kontejnmentu, bude takto slabý signál na cestě k řídicí desce silně utlumen. Není možné instalovat zesilovač přímo na hlavu, protože se během provozu výrazně zahřívá, což znemožňuje práci polovodičového zesilovače, elektronkové zesilovače tak malých rozměrů ještě nebyly vynalezeny.

Z předzesilovače vede více stop do hlav (vpravo) než do oblasti kontejnmentu (vlevo). Pevný disk totiž nemůže současně pracovat s více než jednou hlavou (dvojice zapisovacích a čtecích prvků). Pevný disk vysílá signály do předzesilovače a ten vybírá hlavu, ke které pevný disk právě přistupuje.

Dost o hlavách, pojďme disk dále rozebrat. Odstraňte horní oddělovač.

Tady je to, jak to vypadá.

Na další fotografii můžete vidět zadržovací oblast s odstraněným horním oddělovačem a hlavovou sestavou.

Spodní magnet se stal viditelným.

Nyní upínací kroužek (svorka talířů).

Tento kroužek drží stoh desek pohromadě a zabraňuje jejich vzájemnému pohybu.

Placky jsou navlečeny na vřetenu (náboj vřetena).

Teď, když palačinky nic nedrží, sundáme vrchní placku. Tady je to, co je dole.

Nyní je jasné, jak je vytvořen prostor pro hlavy - mezi palačinkami jsou distanční kroužky. Na fotografii je druhá palačinka a druhý oddělovač.

Distanční kroužek je vysoce přesný díl vyrobený z nemagnetické slitiny nebo polymerů. Sundáme to.

Vytáhneme vše ostatní z disku a prohlédneme si spodní část HDA.

Takto vypadá otvor pro vyrovnání tlaku. Je umístěn přímo pod vzduchovým filtrem. Pojďme se na filtr podívat blíže.

Protože venkovní vzduch nutně obsahuje prach, má filtr několik vrstev. Je mnohem tlustší než cirkulační filtr. Někdy obsahuje částice silikagelu pro boj s vlhkostí vzduchu. Pokud však pevný disk ponoříte do vody, bude vtažen přes filtr! A to vůbec neznamená, že voda, která se dostala dovnitř, bude čistá. Soli krystalizují na magnetických površích a místo desek je k dispozici brusný papír.

Trochu více o vřetenovém motoru. Schematicky je jeho provedení znázorněno na obrázku.

Uvnitř náboje vřetena je upevněn permanentní magnet. Vinutí statoru, měnící magnetické pole, způsobují rotaci rotoru.

Existují dva typy motorů, s kuličkovými ložisky a s hydrodynamickými (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Kuličková ložiska byla ukončena před více než 10 lety. To je způsobeno tím, že mají vysoký takt. V hydrodynamickém ložisku je házení mnohem nižší a má mnohem tišší chod. Ale je tu také pár nevýhod. Za prvé, může se zaseknout. U míčků tento jev nenastal. Kuličková ložiska, pokud selhala, pak začala vydávat hlasitý zvuk, ale informace se četly alespoň pomalu. Nyní, v případě klínového ložiska, musíte pomocí speciálního nástroje vyjmout všechny disky a nainstalovat je na provozuschopný vřetenový motor. Operace je velmi složitá a málokdy vede k úspěšné obnově dat. Klín může vzniknout náhlou změnou polohy v důsledku velké hodnoty Coriolisovy síly působící na osu a vedoucí k jejímu ohybu. V krabici jsou například externí 3,5“ disky. Krabice stála svisle, dotýkala se, padala vodorovně. Zdálo by se, že to neletělo daleko?! Ale ne - klín motoru a nelze získat žádné informace.

Za druhé může z hydrodynamického ložiska vytéct mazivo (je tam tekuté, je ho tam na rozdíl od gelového maziva u kuličkových ložisek poměrně hodně) a dostat se na magnetické desky. Aby se mazivo nedostalo na magnetické povrchy, používá se mazivo s částicemi, které mají magnetické vlastnosti a magnetické pasti je zachycují. Používají také absorpční kroužek kolem místa možného úniku. Přehřátí disku přispívá k úniku, proto je důležité sledovat teplotní režim provozu.

Objasnění souvislosti mezi ruskou a anglickou terminologií provedl Leonid Vorzhev.

Aktualizace 2018, Sergey Yatsenko

Přetisk nebo citace jsou povoleny za předpokladu odkazu na originál

Dobrý den, přátelé!

Dnes budeme hovořit o takové věci, jako je pevný disk. Vzácný uživatel počítače o něm neslyšel!

Winchester, neboli HDD (Hard Disk Drive), neboli pevný disk je zařízení pro ukládání informací.

HDD získal svůj slangový název podle slavné pušky, se kterou běloši dobyli Ameriku. Jeden z prvních modelů pevných disků byl označen „30/30“, což se shodovalo s ráží této střelné zbraně.

Níže budeme hovořit o pevných discích počítače.

Jak je uspořádán pevný disk počítače?

Zvážíme, jak se ztrojnásobil tradiční (elektromechanický) pevný disk používaný v osobních počítačích. Jeho základem je jeden nebo více informačních disků. První modely pevných disků používaly hliníkové disky.

Ale tyto rané modely byly velké a malé.

Flexibilní a pevné disky

Jednotka pro čtení a zápis takových disků se nazývala FDD. (disketová mechanika).

Tyto disky byly vyrobeny z kulatého kusu plastu potaženého na obou stranách feromagnetickým povlakem. Byly tenké a pružné, odtud název pohonu. Pro ochranu před vnějšími vlivy byly tyto disky umístěny ve čtvercovém plastovém pouzdře.

Disky v HDD mají podobnou strukturu, ale jsou tlustší a neprohýbají se, což se odráží i v názvu. Na takový disk se pomocí odstředivky nanese tenká feromagnetická vrstva oxidů kovů. Data jsou zapisována a čtena pomocí magnetických hlav.

Při zápisu do magnetické hlavy je přiváděn informační signál, který mění orientaci domén (feromagnetických částic) ve feromagnetické vrstvě.

Při čtení indukují zmagnetizované sekce v hlavě proud, který je následně zpracováván řídicím obvodem (regulátorem). Požadavky na rychlost a objemy dat neustále rostly. Do této oblasti byly vyslány nejlepší mozky světa. A pevné disky, stejně jako zbytek počítačového hardwaru, byly neustále vylepšovány.

Disky se začaly vyrábět ze skla a sklokeramiky. To umožnilo snížit jejich hmotnost, tloušťku a zvýšit rychlost otáčení.

Rychlost otáčení disku vzrostla z 3600 ot./min na 5400, 7200 a poté až na 10 000 a dokonce až na 15 000 ot./min.! Pro srovnání řekněme, že rychlost otáčení disku ve FDD byla 360 ot./min.

Čím vyšší je rychlost otáčení, tím rychleji jsou data čtena.

feromagnetická vrstva

Feromagnetickou vrstvu lze na povrch disků nanést dvěma způsoby – galvanickým nanášením a vakuovým nanášením. V prvním případě se disk ponoří do roztoku kovových solí a nanese se na něj tenký film kovu (kobaltu).

Při vakuové depozici se disk umístí do utěsněné komory, odčerpá se z ní vzduch a pomocí elektrického výboje se usadí kovové částice.

Na magnetickou vrstvu je nanesen ochranný uhlíkový povlak. Chrání tenkou magnetickou vrstvu před zničením (a ztrátou informací) v případě možného kontaktu s hlavou.

Pevný disk může mít jeden nebo více fyzických disků. V druhém případě jsou disky sestaveny do jediné konstrukce a otáčejí se synchronně. Každý disk má dvě strany s feromagnetickou vrstvou, data jsou čtena dvěma různými hlavami (umístěnými nahoře a dole).

Hlavy jsou také sestaveny do jediné konstrukce a pohybují se synchronně.

Mechanismus pohybu hlav obsahuje cívku s drátem a pevný permanentní magnet. Při přivedení proudu do cívky se v ní generuje magnetické pole, které interaguje s magnetem. Výsledná síla pohybuje cívkou s celou pohyblivou částí mechanismu (a také hlavami).

Mechanismus obsahuje pružinu, která při výpadku napájení přesune hlavy do původní polohy. (parkoviště). Tím se zabrání poškození hlav a disků.

Všimněte si, že malé neodymové magnety, které vytvářejí konstantní magnetické pole, jsou velmi silné!

V pracovním stavu se kotouče otáčejí konstantní rychlostí, hlavy se "vznášejí" nad kotoučem. Během rotace dochází k aerodynamickému proudění, které zvedá hlavy. Jak se technologie zlepšuje, vzdálenost mezi hlavami a diskem se zmenšuje.

Nyní se zmenšil na několik desítek nanometrů!

Snížení vzdálenosti umožňuje zvýšit hustotu záznamu informací. Do stejného objemu tak lze vtěsnat více informací.

Číst a psát hlavy

Použití moderních pevných disků magnetorezistentní hlavy.

Krystal magnetorezistoru může měnit svůj odpor v závislosti na velikosti a směru magnetického pole. Při přechodu hlavy přes oblasti s různou magnetizací se změní její odpor, který zachytí řídicí obvod.

Hlava pevného disku obsahuje ve skutečnosti dvě hlavy – čtecí a zapisovací. Záznamová hlava funguje na stejném principu jako hlava u starších magnetofonů, které používaly magnetofonové kazety.

Obsahuje otevřené jádro, v jehož mezeře se vytváří magnetické pole, které mění orientaci magnetických domén na povrchu disku. "Vinutí" hlavy je vytištěno pomocí fotolitografie.

Vřeteno a HDA

Hlavní motor pevného disku (vřeteno), který disk roztáčí, obsahuje hydrodynamické ložisko. Od kuličkového ložiska se liší tím, že má mnohem menší radiální házení.

U moderních pevných disků je hustota záznamu informací velmi vysoká, stopy jsou umístěny velmi blízko sebe.

Velké množství radiálního házení by nezvýšilo hustotu záznamu nebo (se zmenšením vzdálenosti mezi stopami) by hlava „skákala“ podél sousedních stop během jedné otáčky. Hydrodynamické ložisko obsahuje tenkou vrstvu maziva mezi pohyblivou a stacionární částí.

Na závěr řekněme, že vřeteno, disky, hlava s pohonem jsou umístěny v samostatné přihrádce. První modely pevných disků obsahovaly netěsné přihrádky vybavené filtrem s velmi malými články pro vyrovnání tlaku.

Pak se objevily hermetické přihrádky, které měly v sobě otvor, uzavřený pružnou membránou. Membrána se může ohýbat v obou směrech, aby kompenzovala rozdíl tlaku vzduchu uvnitř a vně oddílu hlavy.

V další části článku budeme pokračovat v seznámení s tím, jak je pevný disk uspořádán a jak funguje.

Victor Geronda byl s vámi. Uvidíme se na blogu!