Pevný disk (magnetické úložiště, pevný disk, HDD). Zařízení a princip fungování pevného disku

Pevné disky

Provádí student
skupiny 40-101B.
Karimov K.R.
Učitel:
Úsov P.A.

1. Princip práce pevný disk.. 3

2. Diskové zařízení.. 5

3. Provoz pevného disku.. 10

4. Hlasitost, rychlost a doba přístupu.. 12

5. Rozhraní pevného disku .. 14

6. Externí pevné disky .. 16

Zásada tvrdě pracovat disk

Pevný disk je jedním z nejpokročilejších a nejsložitějších zařízení moderního osobního počítače. Jeho disky jsou schopny pojmout mnoho megabajtů informací přenášených velkou rychlostí. Zatímco téměř všechny počítačové komponenty jsou tiché, pevný disk vrčí a vrže, což z něj dělá jedno z mála počítačových zařízení, která obsahují mechanické i elektronické součástky.

Základní principy fungování pevného disku se od jeho vzniku změnily jen málo. Zařízení pevného disku je velmi podobné běžnému gramofonu. Pouze pod tělem může být několik desek namontovaných na společné ose a hlavy mohou číst informace z obou stran každé desky najednou. Rychlost otáčení talířů (u některých modelů dosahuje 15 000 otáček za minutu) je konstantní a je jednou z hlavních charakteristik. Hlava se pohybuje podél desky v určité pevné vzdálenosti od povrchu. Čím menší je tato vzdálenost, tím větší je přesnost čtení informací a tím větší může být hustota záznamu informací. Při pohledu na pevný disk vidíte pouze pevné kovové pouzdro. Je zcela utěsněný a chrání mechaniku před prachovými částicemi, které, pokud se dostanou do úzké mezery mezi hlavou a povrchem disku, mohou poškodit citlivou magnetickou vrstvu a disk znefunkčnit. Kromě toho kryt chrání měnič před elektromagnetickým rušením. Uvnitř pouzdra jsou všechny mechanismy a některé elektronické součástky. Mechanismy jsou samotné disky, na kterých jsou informace uloženy, hlavy, které zapisují a čtou informace z disků, a také motory, které to vše uvádějí do pohybu. Disk je kulatá deska s velmi plochým povrchem, často vyrobená z hliníku, méně často z keramiky nebo skla, potažená tenkou feromagnetickou vrstvou. Disky jsou vyrobeny. Mnoho jednotek používá vrstvu oxidu železa (která pokrývá konvenční magnetickou pásku), ale nejnovější modely pevné disky pracují s vrstvou kobaltu silnou asi deset mikronů. Takový povlak je odolnější a navíc dokáže výrazně zvýšit hustotu záznamu. Technologie jeho aplikace se blíží technologii používané při výrobě integrovaných obvodů.

Počet disků může být různý - od jednoho do pěti, počet pracovních ploch je dvakrát větší (dva na každém disku). Ten (stejně jako materiál použitý pro magnetický povlak) určuje kapacitu pevného disku. Někdy se vnější povrchy vnějších disků (nebo jeden z nich) nepoužívají, což umožňuje snížit výšku jednotky, ale počet pracovních ploch je snížen a může se ukázat jako lichý.

Magnetické hlavy čtou a zapisují informace na disky. Princip záznamu je obecně podobný jako u běžného magnetofonu. digitální informace se přemění na střídavý elektrický proud přiváděný do magnetické hlavy, a poté se přenese na magnetický disk, ale již ve formě magnetického pole, které disk dokáže vnímat a „pamatovat“. Magnetický povlak disku je souborem drobných oblastí spontánní (spontánní) magnetizace. Pro názornost si představte, že disk je pokrytý vrstvou velmi malých jehel kompasu ukazujících různé strany. Takové částice šípu se nazývají domény. Vlivem vnějšího magnetického pole se vlastní magnetická pole domén orientují v souladu s jeho směrem. Po ukončení působení vnějšího pole se na povrchu disku vytvoří zóny zbytkové magnetizace. Tímto způsobem jsou zachovány informace zapsané na disk. Oblasti zbytkové magnetizace, kdy se kotouč otáčí proti mezeře magnetické hlavy, v něm indukují elektromotorickou sílu, která se mění v závislosti na velikosti magnetizace. Sada disků namontovaná na hřídeli vřetena je poháněna speciálním motorem kompaktně umístěným vespod. Rychlost otáčení kotoučů je typicky 7200 ot./min. Aby se zkrátila doba potřebná k uvedení pohonu do pracovního stavu, motor po zapnutí nějakou dobu pracuje v nuceném režimu. Napájecí zdroj počítače proto musí mít rezervu na špičkový výkon. Nyní o práci hlav. Pohybují se pomocí přesného krokového motoru a jakoby „plavou“ ve vzdálenosti zlomku mikronu od povrchu disku, aniž by se ho dotýkaly. V důsledku zaznamenávání informací se na povrchu disků vytvářejí zmagnetizované oblasti ve formě soustředných kruhů. Říká se jim magnetické dráhy. Při pohybu se hlavy zastaví nad každou další stopou. Soubor drah umístěných pod sebou na všech površích se nazývá válec. Všechny hnací hlavy se pohybují současně a přistupují k válcům stejného jména se stejnými čísly.

Diskové zařízení

Typický pevný disk se skládá z HDA a desky elektroniky. Všechny mechanické části jsou umístěny v HDA a veškerá řídící elektronika je na desce kromě předzesilovače umístěného uvnitř HDA v těsné blízkosti hlav.

Pod disky je motor - plochý, jako u disketových mechanik, nebo zabudovaný ve vřetenu obalu disku. Při rotaci disků vzniká silný proud vzduchu, který cirkuluje po obvodu HDA a je neustále čištěn filtrem instalovaným na jedné z jeho stran.

Blíže k paticím, na levé nebo pravé straně vřetena, je umístěn otočný polohovač, trochu připomínající věžový jeřáb: na jedné straně osy jsou tenké, dlouhé a lehké ložiskové magnetické hlavy obrácené k kotoučům a na druhé kratší a masivnější stopka s vinutím elektromagnetického pohonu. Při otáčení vahadla polohovadla se hlavy pohybují v oblouku mezi středem a okrajem disků. Úhel mezi osami polohovadla a vřetenem se volí spolu se vzdáleností osy polohovadla k hlavám tak, aby se osa hlavy při zatáčení co nejméně odchylovala od tečné stopy.

V dřívějších modelech byla kolébka upevněna na ose krokového motoru a vzdálenost mezi drahami byla určena velikostí kroku. V moderních modelech se používá takzvaný lineární motor, který nemá žádnou diskrétnost a instalace na trať se provádí podle signálů zaznamenaných na discích, což výrazně zvyšuje přesnost pohonu a hustota záznamu na discích.

Vinutí polohovadla je obklopeno statorem, který je permanentním magnetem. Když je do vinutí přiveden proud o určité velikosti a polaritě, začne se vahadlo otáčet příslušným směrem s odpovídajícím zrychlením; Dynamickou změnou proudu ve vinutí můžete polohovadlo nastavit do libovolné polohy. Takový systém pohonu se nazývá Voice Coil (voice coil) - analogicky s kuželem reproduktoru.

Na dříku bývá umístěna tzv. magnetická západka - malý permanentní magnet, který se při krajní vnitřní poloze hlav (přistávací zóna - přistávací zóna) přitahuje k povrchu statoru a v této poloze fixuje vahadlo. . Jedná se o tzv. parkovací polohu hlav, které zároveň leží na povrchu disku, v kontaktu s ním. U řady drahých modelů (obvykle SCSI) je k upevnění polohovadla k dispozici speciální elektromagnet, jehož kotva blokuje pohyb vahadla ve volné poloze. Informace se nezaznamenávají v přistávací zóně disků.

Ve zbylém volném prostoru je předzesilovač signálu odebraného z hlav a jejich přepínač. Polohovadlo je připojeno k desce předzesilovače flexibilním plochým kabelem, avšak u některých pevných disků (zejména u některých modelů Maxtor AV) je vinutí napájeno samostatnými jednožilovými vodiči, které mají tendenci se při aktivním provozu lámat. HDA je naplněna běžným bezprašným vzduchem pod atmosférickým tlakem. V HDA krytech některých pevných disků jsou speciálně vyrobena malá okénka utěsněná tenkou fólií, která slouží k vyrovnání tlaku uvnitř a vně. U některých modelů je okno uzavřeno filtrem propustným pro vzduch. U některých modelů pevných disků jsou osy vřetena a polohovače upevněny pouze na jednom místě - na skříni pevného disku, u jiných jsou navíc připevněny šrouby ke krytu HDA. Druhé modely jsou citlivější na mikrodeformaci při upevňování – stačí silné utažení upevňovacích šroubů, aby došlo k nepřijatelnému vyosení os. V některých případech se takové zkreslení může stát obtížně zvrátitelným nebo zcela nevratným. Deska elektroniky je odnímatelná, připojená k HDA přes jeden nebo dva konektory různého provedení. Deska obsahuje hlavní procesor pevného disku, ROM s programem, pracovní RAM, která se obvykle používá jako vyrovnávací paměť disku, digitální signálový procesor (DSP) pro přípravu zaznamenaných a zpracování čtených signálů a logiku rozhraní. Na některých pevných discích je program procesoru zcela uložen v ROM, na jiných je jeho určitá část zaznamenána v servisní oblasti disku. Disk může také obsahovat parametry mechaniky (model, sériové číslo a tak dále.). Některé pevné disky ukládají tyto informace do elektricky přeprogramovatelné paměti ROM (EEPROM).

Mnoho pevných disků má speciální technologické rozhraní s konektorem na desce elektroniky, pomocí kterého lze pomocí stolního zařízení provádět s diskem různé servisní operace - testování, formátování, přeřazování vadných oblastí atd. Moderní pohony značky Conner mají technologické rozhraní provedené ve standardu sériové rozhraní, který umožňuje připojení přes adaptér k alfanumerickému terminálu nebo COM portu počítače. V paměti ROM je zaznamenán tzv. testovací monitorovací systém (TMOS), který vnímá příkazy zadané z terminálu, provádí je a výsledky odesílá zpět do terminálu. Brzy pevné disky, jako diskety, byly vyrobeny s čistými magnetickými povrchy; počáteční označení (formátování) provedl spotřebitel podle svého uvážení a mohl být proveden libovolněkrát. U moderních modelů se značení provádí během výrobního procesu; současně se na disky zapisují servo informace - speciální značky potřebné pro stabilizaci rychlosti otáčení, vyhledávání sektorů a sledování polohy hlav na površích. Není to tak dávno, co se pro záznam informací serva používala samostatná plocha (vyhrazená), podle které se ladily hlavy všech ostatních ploch. Takový systém vyžadoval vysokou tuhost upevnění hlav, aby mezi nimi po prvotním označení nevznikaly nesrovnalosti. Nyní jsou servo informace zaznamenávány v intervalech mezi sektory (vložené), což umožňuje zvýšit užitečnou kapacitu paketu a odstranit omezení tuhosti pohyblivého systému. Některé moderní modely používají kombinovaný systém sledování - vestavěné informace serva kombinované s vyhrazeným povrchem; v tomto případě se na vybraném povrchu provádí hrubé nastavení a jemné nastavení - na vestavěné značky.

Vzhledem k tomu, že informace o servomotoru jsou referenčním označením disku, řadič pevného disku je nedokáže v případě poškození sám obnovit. Při softwarovém formátování takového pevného disku je možné přepsat pouze záhlaví a kontrolní součty datových sektorů.

Při prvotním značení a testování moderního pevného disku v továrně jsou téměř vždy nalezeny vadné sektory, které se zapisují do speciální přemapovací tabulky. Při běžném provozu nahradí řadič pevného disku tyto sektory náhradními, které jsou pro tento účel speciálně ponechány na každé stopě, skupině stop nebo vyhrazené oblasti disku. Díky tomu nový pevný disk vytváří zdání úplné absence povrchových vad, i když ve skutečnosti jsou téměř vždy přítomny.

Po zapnutí napájení procesor pevného disku otestuje elektroniku a poté vydá příkaz k zapnutí motoru vřetena. Když je dosaženo určité kritické rychlosti otáčení, hustota vzduchu unášeného povrchy disků se stane dostatečnou k překonání síly přitlačování hlav k povrchu a jejich zvednutí do výšky od zlomků po několik mikronů nad povrchy. kotoučů - hlavy "plavou". Od této chvíle, dokud rychlost neklesne pod kritickou hlavu, „visí“ na vzduchovém polštáři a povrchů disků se vůbec nedotýkají.

Poté, co kotouče dosáhnou rychlosti otáčení blízké nominální (obvykle 3600, 4500, 5400 nebo 7200 otáček za minutu), jsou hlavy odstraněny z parkovací zóny a začíná hledání značek serva přesně stabilizovat rychlost otáčení. Poté jsou načteny informace z oblasti služeb - zejména tabulka přeřazení vadných úseků.

Na konci inicializace je polohovadlo otestováno iterací po zadané sekvenci stop - pokud je úspěšná, procesor nastaví na rozhraní příznak připravenosti a přepne se do provozního režimu rozhraní.

Během provozu neustále pracuje systém pro sledování polohy hlavy na disku: z plynule čteného signálu je extrahován chybový signál, který je přiváděn do zpětnovazebního obvodu, který řídí proud vinutí polohovače. V důsledku odchylky hlavy od středu stopy vzniká ve vinutí signál, který se snaží vrátit jej na své místo.

Aby odpovídaly rychlostem datových toků - na úrovni čtení / zápisu a externí rozhraní- pevné disky mají mezipaměť, často mylně nazývanou cache, obvykle o velikosti několika desítek nebo stovek kilobajtů. U řady modelů (například Quantum) je vyrovnávací paměť umístěna v obecné pracovní paměti RAM, kde se nejprve načte překryvná část řídicího firmwaru, a proto je skutečná velikost vyrovnávací paměti menší než plné množství paměti RAM ( 80-90 kb se 128 kb RAM pro Quantum). Ostatní modely (Conner, Caviar) mají oddělenou vyrovnávací paměť a procesorovou RAM.

Po vypnutí napájení vydá procesor pomocí energie zbylé v kondenzátorech desky nebo její extrakci z vinutí motoru, který zároveň funguje jako generátor, příkaz k nastavení polohovadla do parkovací polohy, který má čas na provedení, než rychlost otáčení klesne pod kritickou. U některých pevných disků (Quantum) to usnadňuje pružinová kolébka umístěná mezi disky, která neustále podléhá tlaku vzduchu. Při zeslabení proudění vzduchu vahadlo dodatečně zatlačí polohovadlo do parkovací polohy, kde jej zafixuje západkou. Pohyb hlav směrem k vřetenu je také usnadněn dostředivou silou vznikající rotací kotoučů.

Provoz pevného disku

Nyní - vlastně o procesu pevného disku. Po prvotním nastavení elektroniky a mechaniky přejde mikropočítač s pevným diskem do režimu čekání na příkazy z ovladače umístěného na základní desce nebo kartě rozhraní. Po obdržení příkazu zapne požadovanou hlavu, vyhledá požadovanou stopu pomocí servopulsů, počká, dokud požadovaný sektor „dosáhne“ hlavy, a přečte nebo zapíše informace. Pokud řadič požadoval čtení/zápis nejen jednoho, ale několika sektorů, může pevný disk pracovat v takzvaném blokovém režimu s využitím paměti RAM jako vyrovnávací paměti a kombinací čtení/zápisu s přenosem informací do řadiče nebo z něj.

Pro optimální využití povrchu disku se používá tzv. zónový záznam (Zoned Bit Recording - ZBR), jehož princip spočívá v tom, že na externích stopách, které jsou dlouhé (a tedy informační kapacita), informace jsou zaznamenány s vyšší hustotou než na vnitřních. Na celém povrchu se vytvoří až tucet nebo více takových zón s konstantní záznamovou hustotou; podle toho je rychlost čtení a zápisu na vnějších zónách vyšší než na vnitřních. Díky tomu budou soubory umístěné blíže „začátku“ pevného disku obecně zpracovány rychleji než soubory umístěné blíže jeho „konci“.

Nyní o tom, odkud se berou neuvěřitelně velké počty hlav udávaných v parametrech pevných disků. Kdysi tato čísla – počet válců, hlav a sektorů na silnici – skutečně znamenala skutečné fyzické parametry (geometrii) pevného disku. Při použití ZBR se však počet sektorů liší stopu od stopy a pro každý pevný disk jsou tato čísla jiná – proto se začala používat tzv. logická geometrie, kdy pevný disk sděluje řadiči nějaké podmíněné parametry, a proto se při použití ZBR mění počet sektorů. a při příjmu příkazů sám převádí logické adresy na fyzické. Současně jsou na pevném disku s logickou geometrií, například 520 válců, 128 hlav a 63 sektorů (celkový objem - 2 GB), s největší pravděpodobností dva disky - a čtyři čtecí / zapisovací hlavy.

Poslední generace pevných disků využívá PRML (Partial Response, Maximum Likelihood) a S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - technologie pro selfmonitoring analýzy a reportování). První byl vyvinut z důvodu, že při stávajících záznamových hustotách již není možné jasně a jednoznačně číst signál z povrchu disku - úroveň rušení a zkreslení je velmi vysoká. Místo přímého převedení signálu se porovná se sadou vzorků a na základě maximální podobnosti se udělá závěr o příjmu toho či onoho kódového slova - přibližně stejně jako čteme slova, ve kterých chybí písmena resp. zkreslené.

Pevný disk, který implementuje technologii S.M.A.R.T., si vede statistiku svých provozních parametrů (počet startů/zastavení a odpracovaných hodin, dobu zrychlení vřetena, zjištěné/opravené chyby atd.), která se pravidelně ukládá do flash ROM popř. v servisních oblastech disku. Tyto informace se shromažďují po celou dobu životnosti pevného disku a mohou si je kdykoli vyžádat analytické programy; může být použit k posouzení stavu mechaniky, provozních podmínek nebo přibližné pravděpodobnosti poruchy.

Podobné informace.

Pro záznam na HDD se používají metody FM, modifikovaná frekvenční modulace (MFM) a metoda RLL, kdy je každý datový bajt převeden na 16bitový kód.

U metody MFM se hustota záznamu dat ve srovnání s metodou FM zdvojnásobí. U této metody (obrázek 14.2) platí, že pokud je zapisovaný datový bit jedna, pak se předchozí hodinový bit nezapisuje. Pokud je napsáno " 0 "a předchozí bit byl" 1 “, pak se hodinový signál nezaznamenává stejně jako datový bit. Ale když předtím 0 'za trochu stojí' 0 “, je zaznamenán synchronizační signál.

V současné době existují 3 typy záznamů:

Metoda paralelního zápisu

V tuto chvíli se jedná o nejrozšířenější technologii pro záznam informací na HDD. 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. Dnes jsou domény tak malé, že otázka jejich stability je akutní. Další vývoj této technologie je na pochybách, mnozí tuto metodu považují za vyčerpanou. Hustota záznamu při použití této metody je v současnosti 150 Gb/in² (23 Gb/cm²).

Metoda kolmého záznamu

Pro další řešení problému rostoucí hustoty zvažuje mnoho výrobců technologii, která ukládá bity informací ve vertikálních doménách. To umožní použití silnějších magnetických polí a sníží plochu materiálu potřebnou pro záznam 1 bitu. Hustota záznamu experimentálního prototypu je 200 Gb/in² (31 Gb/cm²), v budoucnu se plánuje zvýšení hustoty na 400-500 Gb/in² (60-75 Gb/cm²).

Metoda tepelného magnetického záznamu

V současné době se aktivně rozvíjí metoda tepelného magnetického záznamu (angl. Heat assisted magnetic recording - HAMR). Tato metoda využívá bodové zahřívání disku, které umožňuje hlavě magnetizovat velmi malé oblasti jeho povrchu. Po vychladnutí disku se magnetizace "zafixuje". Právě tuto metodu použijí společnosti Seagate a IBM k dosažení hustoty 4 Tbps na metr čtvereční. palec (620 Gbps na cm2). To umožní vyrobit 3,5palcový pevný disk s kapacitou 25 TB. Jako značka maximální hustoty je hodnota 100 Tbps na čtvereční. palec (asi 15 TB na cm2), což odpovídá 0,65-Pb (petabajtu) objemu v 3,5palcovém provedení.

Formát pro záznam informací na pevný disk

HDD obvykle používá datové formáty s pevným počtem sektorů na stopu (17, 34 nebo 52) as objemem dat na sektor 512 nebo 1024 bajtů. Sektory jsou označeny magnetickým fixem.

Konkrétní formát dat je určen interní konfigurací softwaru počítače a specifikacemi adaptéru disku. Struktura formátu (obr. 14.3) je podobná struktuře používané v NGMD.

Začátek každého sektoru je označen značkou adresy. Na začátek identifikátoru a datového pole jsou zapsány synchronizační bajty pro synchronizaci schématu alokace dat adaptéru HDD. ID sektoru obsahuje adresu disku v paketu, reprezentovanou kódy cylindru, hlavy a čísla sektoru. Na rozdíl od HDD jsou k identifikátoru na HDD navíc přidány porovnávací a příznakové bajty. Porovnávací bajt představuje pro každý sektor stejné číslo, s jehož pomocí se provádí správné čtení identifikátoru. Příznakový bajt obsahuje příznak - indikátor stavu trati (hlavní nebo náhradní, dobré nebo vadné).

Řídicí bajty jsou zapsány do pole identifikátoru jednou při zápisu identifikátoru sektoru a do datového pole pokaždé, když jsou zapsána nová data. Řídicí bajty na pevném disku jsou určeny nejen k určování, ale také k opravě chyb čtení. Nejčastěji se používají polynomiální opravné kódy; použití specifických kódů závisí na implementaci obvodu adaptéru.

Před použitím pevného disku musí být počáteční formátování- procedura prováděná pod kontrolou speciálního programu, při které se zapisují servisní informace na diskový balíček a kontroluje se vhodnost datových polí.

V poslední době firmy využívají adaptivní formátování. Jeho podstata spočívá ve skutečnosti, že každá instance disku je z výroby individuálně nakonfigurována tak, aby poskytovala nejlepší výkon a spolehlivost. Za tímto účelem je každý pár „hlava-plocha“ smontovaného disku testován, aby se určily výkonnostní charakteristiky, a poté je každá strana magnetického talíře individuálně naformátována (označena do stop a sektorů) tak, aby poskytovala nejlepší výkon při pracovat s touto konkrétní hlavou. V důsledku toho se lineární hustota záznamu na každé straně každého talíře nemusí shodovat se sousední

Pět různých intervalů na pevném disku se používá k synchronizaci elektronických procesů čtení a zápisu a k řízení provozu elektromechanických součástí měniče.

V důsledku počátečního formátování je určeno umístění sektorů a nastavena jejich logická čísla. Protože rychlost otáčení disku je velmi vysoká, pro zajištění minimálního počtu otočení disku při přístupu k po sobě jdoucím sektorům jsou sektory s po sobě jdoucími čísly umístěny N fyzických sektorů od sebe (obr. 14.4).

NA Počet sektorů se nastavuje při formátování disku. Poměry otáčení jsou 6:1, 3:1 a 1:1. Nejnovější modely HDD používají poměr 1:1 a jejich řadiče čtou informace z celé stopy z disku v jedné iteraci a poté je ukládají do vyrovnávací paměti. Na vyžádání z vyrovnávací paměti jsou informace již přenášeny z požadovaných sektorů.

Každá stopa na disku je rozdělena na stejný počet sektorů, takže sektory na stopách, které jsou blíže nule, jsou menší. Zaznamenat takové sektory

používají se magnetická pole větší intenzity ( napsat náhradu). Počet povrchů disku (hlav), počet válců (stop) a bod, ve kterém začíná kompenzace zápisu, jsou parametry k přizpůsobenířadič HDD.

Průměrná doba přístupu k informacím na HDD je

t cf \u003d t n +0,5 / F + t výměna, (14,1)

kde t n je průměrná doba určování polohy; F - rychlost otáčení disku; t výměna - čas výměny. Doba výměny závisí na hardwaru řadiče a typu jeho rozhraní, přítomnosti vestavěné vyrovnávací paměti, algoritmu kódování dat na disku a poměru prokládání.

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. S uvnitř tento otvor je zakryt 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 vrcholem, 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 pro jeho normální operace je potřeba velmi čistý vzduch. 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. BMG omezovače různé modely různě uspořádány, 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.

Na následující fotografii jsou 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. Posuvník ve skutečnosti pomáhá číst a zapisovat informace zvednutím hlavy nad hladinu. magnetické disky. 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 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 vyjmete předzesilovač z ochranného prostoru, např Slabý signál na cestě k řídicí desce silně vybledne. Není možné instalovat zesilovač přímo na hlavu, protože se během provozu výrazně zahřívá, což ne možná práce polovodičový zesilovač, 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 míčů se tento jev nestal. 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 z náhlé změny polohy v důsledku velký význam Coriolisova síla působící na nápravu a způsobující její ohyb. 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

Strana 2 z 11

ČÁST I. Obnova souborů z pevného disku

KAPITOLA 1. JAK FUNGUJE PEVNÝ DISK A JAK JSOU NA NĚM ULOŽENA DATA

Něco málo o zařízení pevného disku. Sdílené zařízení HDD

Co je pevný disk (podle přísného - jednotka na pevné disky)? Pokud jste ho neměli možnost vidět, tak řekněme, že zvenčí vypadá jako jeden kovový blok. Je také velmi odolný a zcela utěsněný. Faktem je, že technologie disku je tak tenká, že i sebemenší cizí částice, která se dostane dovnitř, může zcela narušit jeho provoz. Aby se předešlo krizové situaci, byl navíc na pevný disk umístěn čisticí filtr. Pouzdro pevného disku také slouží jako štít proti elektrickému rušení. Ve skutečnosti se pevný disk skládá ze dvou hlavních částí – mechaniky a elektroniky. Základ mechanické části tvoří desky (disky), které mají kulatý tvar. Ve skutečnosti může být pouze jeden disk. Vše závisí na kapacitě pevného disku jako celku. Podle jedné verze dostal pevný disk své jméno „winchester“ díky společnosti, která v roce 1973 uvedla na trh model 3340 pevný disk, který poprvé kombinoval diskové plotny a čtecí hlavy v jednom all-in-one pouzdru. Při jeho vývoji inženýři použili krátký interní název „30-30“, což znamenalo dva moduly (v maximálním rozložení) po 30 MB. Kenneth Haughton, vedoucí projektu, v souladu s označením populární lovecké pušky „Winchester 30-30“, navrhl tento disk nazvat „Winchester“. V Evropě a USA se název „winchester“ v 90. letech přestal používat, v ruštině však zůstal a získal polooficiální status a v počítačovém slangu byl zredukován na slova „šroub“ (nejčastější možnost ), "vinch" a "koště" . Bez ohledu na to, jaký materiál je použit jako základ disku, je pokryt tenkou vrstvou látky schopné udržet zbytkovou magnetizaci po vystavení vnějšímu magnetickému poli. Tato vrstva se nazývá pracovní nebo magnetická vrstva a právě v ní jsou uloženy zaznamenané informace. Nejběžnější jsou následující typy pracovní vrstva:
KYSLIČNÍK;
tenký film;
dvojité antiferomagnetické (AFC)

V současné době existují případy pevných disků, které se skládají ze čtyř nebo více ploten. Složení disků může být různé. Vyrábějí se z hliníku, skla nebo keramiky. Poslední dvě kompozice jsou praktičtější, ale velmi drahé, a proto se používají k vytváření "elitních" pevných disků. Po výrobě jsou desky pokryty vrstvou feromagnetického materiálu. Od vzniku prvních pevných disků se zde používá oxid železa. Tato látka však měla významnou nevýhodu. Disky potažené tímto feromagnetem měly nízkou odolnost proti opotřebení. V tomto ohledu v současnosti většina výrobců používá jako povlak na desky chromkobalt. Odolnost proti opotřebení této látky je řádově vyšší než u léta používaného feromagnetika. Tento povlak je navíc mnohem tenčí, protože se nanáší naprašováním, což výrazně zvyšuje hustotu záznamu. Feromagnet je aplikován na obě strany disku, takže data budou umístěna i na obou stranách. Desky jsou umístěny na vřetenu ve stejné vzdálenosti od sebe a tvoří tak jejich obal. Pod disky je motor, který je otáčí. Čtecí/zapisovací hlavy jsou umístěny na obou stranách ploten. Jsou uspořádány tak, aby se pohybovaly od okraje disku do jeho středu. Za to je „zodpovědný“ speciálně vyhrazený motor. Elektronika je deska, na které jsou umístěny různé prvky „nezbytné“ pro provoz pevného disku, jako je procesor, řídicí program, RAM, zesilovač pro zápis/čtení a další. Každá strana desky je rozdělena na stopy. Oni zase do sektorů. Všechny stopy stejného průměru na všech površích tvoří válec. Moderní pevné disky mají „inženýrský válec“. Obsahuje servisní informace (model disku, sériové číslo atd.) určené pro další čtení počítačem.

Dříve, aby byl disk připraven k použití, musel uživatel provést tzv. nízkoúrovňové formátování. BIOS měl dokonce odpovídající položku. Nyní se toto označení provádí okamžitě během výroby pevných disků. Jde o to, že v nízkoúrovňové formátování jsou zaznamenávány informace serva. Obsahuje speciální značky, které jsou potřebné pro stabilizaci otáček vřetena, hledání potřebných sektorů u hlav a také sledování polohy hlav na povrchu desek. Pokud si myslíte, že se "špatné" sektory na pevném disku objevují pouze za provozu, pak jste na omylu. Jakýkoli nově vytvořený pevný disk již má špatný blok. Takže při nízkoúrovňovém formátování jsou tyto bloky detekovány a zapsány do speciální přemapovací tabulky. Za provozu pak řadič pevného disku vymění vadné bloky za zdravé, které jsou pro takové účely speciálně vyhrazeny již při výrobě. U pevných disků se data zapisují a čtou univerzálními čtecími/zapisovacími hlavami ze soustředných kružnic rotujících magnetických disků (stop) rozdělených do sektorů o kapacitě 512 bajtů. Stopa je „prstenec“ dat na jedné straně disku. Záznamová stopa na disku je příliš velká na to, aby mohla být použita jako úložná jednotka. V mnoha jednotkách jeho kapacita přesahuje 100 tisíc bajtů a alokace takového bloku pro uložení malého souboru je extrémně plýtvání. Proto jsou stopy na disku rozděleny do očíslovaných segmentů, nazývaných sektory.

Jak funguje pevný disk

Díky své specifičnosti nedochází při provozu pevného disku k přímému kontaktu magnetických hlav s povrchem destiček. Dá se to říci i jinak: kontakt je „jako smrt“. Konstrukce hlav je navržena tak, aby umožňovala „vznášet se“ nad povrchem destiček. Motor otáčí vřetenem takovou rychlostí (až 15 000 ot./min.), že od rotujících kotoučů vzniká silný proud vzduchu. To má za následek efekt vzduchového polštáře. Mezera mezi hlavami a kotouči je zlomek mikronu. Jak jsme však uvedli výše, kontakt hlav s povrchem je nepřijatelný. Ale jsou výpadky proudu, říkáte. Ano, samozřejmě. Pro tento případ byla vymyšlena tzv. „parkovací zóna“. A když nastane situace, kdy otáčky vřetena klesnou pod limit přípustná sazba(při běžném provozu nebo v nouzovém režimu při vypnutém napájení), který je neustále monitorován procesor tvrdý kotouče jsou hlavy zataženy právě do této parkovací plochy. Zóna se nachází v blízkosti samotného vřetena, kde se informace nezaznamenávají, takže magnetické hlavy mohou snadno „lehnout“ na povrch disku. Jak probíhá "start" pevného disku? Stručně řečeno, všechno jde takhle. Jakmile je pevný disk napájen, jeho procesor začne testovat elektroniku a pokud je výsledek pozitivní, spustí motor, který roztáčí plotny. Se zvyšující se rychlostí otáčení je dosaženo efektu vzduchového polštáře, který zvedá magnetické hlavy z parkovací plochy. Když rychlost dosáhne požadované hodnoty, hlavice opustí parkovací plochu a pomocí ovladače „hledají“ serva pro stabilizaci rychlosti. Poté se znovu přiřadí „špatné“ sektory a také se zkontroluje umístění hlav. V případě pozitivního výsledku vykonané práce přejde ovladač pevného disku do provozního režimu. Mechanický proces činnosti pevného disku je samozřejmě při bližším zkoumání hlubší, ale neklademe si za cíl jej podrobně popisovat. Hlavní věc je, že rozumíte základním principům mechanismu interakce hlav s deskami. Pokud někoho zajímají detaily tohoto procesu, tak na toto téma vzniklo obrovské množství materiálů. A přejdeme k další části pracovního postupu pevného disku – technologii čtení/zápisu dat.

Technologie čtení/zápisu na pevném disku

Čtení / zápis informací na disk probíhá pomocí magnetických hlav, jejichž princip pohybu byl diskutován výše. Pokud jste ještě našli ten starý dobrý magnetofon, tak způsob záznamu / čtení zvuku na / z magnetického pásku je shodný s tím, který zvažujeme. Data se převádějí na střídavý elektrický proud, který je přiváděn do magnetické hlavy, poté se přeměňují na magnetické pole, pomocí kterého se zmagnetizují potřebné úseky magnetického disku. Již víme, že plotny pevných disků jsou potaženy feromagnetickou vrstvou. Samostatně vybraná oblast tohoto povlaku může být magnetizována jedním ze dvou možné způsoby. Magnetizace jedním způsobem bude znamenat nulu, jiným způsobem - jedna. Taková samostatně zmagnetizovaná oblast se nazývá doména. Jde o minimagnet se specifickou orientací jižního a severního pólu. Působením na určitou doménu s vnějším magnetickým polem (magnetická hlava) tuto korespondenci přijme. Když vnější pole přestane působit, objeví se na povrchu zóny zbytkové magnetizace. Odkazují na informace uložené na disku. Podotýkám, že hustota záznamu dat, tedy skutečná kapacita disku, závisí na velikosti domény. Již dlouhou dobu jsou známy dvě technologie pro záznam informací na pevný disk: paralelní a kolmá. Přestože je druhý způsob zápisu produktivnější, je o něco složitější z hlediska technologického rozlišení. Výrobci proto používali a zdokonalovali paralelní metodu, až na ni přišel fyzický limit. Stručně popište technologii paralelního záznamu, pak je to následující. Magnetizace domén je rovnoběžná s rovinou disku. Asi každý se v dětství „mazlil“ s magnety, a proto ví, že se budou přitahovat, když je k sobě natočí různými póly (modrým a červeným). A naopak, pokud se je pokusíte přitlačit k sobě stranami stejné barvy, pak se takový pokus nikdy nepovede. Takže při použití této technologie vzniká na hranici sousedních domén bludné pole, které odebírá energii jejich magnetických polí. V důsledku toho se okrajové částice domén stávají méně stabilními a také se zvyšuje vliv teplotních fluktuací na jejich magnetické uspořádání. Při použití technologie kolmého zápisu je magnetizace domén umístěna pod úhlem 90° k rovině destičky. Díky tomu mizí efekt odpuzování unipolárních sousedních domén, protože v tomto uspořádání jsou zmagnetizované částice natočeny k sobě různými póly. To snižuje velikost prostoru mezi doménami ve srovnání s technologií paralelního zápisu, což také zvyšuje kapacitu pevných disků. Nicméně, pro tato metoda záznam vyžaduje použití složitějšího složení magnetické vrstvy. Pod tenkou ochrannou vrstvou je záznamová vrstva tvořená oxidovanou slitinou kobaltu, platiny a chrómu. Substrát se skládá ze dvou vrstev složitého chemického složení, nazývaných antiferomagneticky vázané vrstvy. Umožňují odstranit vnitřní sílu magnetického pole. Kromě toho kolmý záznam vyžaduje použití dalších magnetických značek, které mohou generovat silnější magnetické pole.Hustota kolmého záznamu je 500 Gb/in2. To umožní výrobu pevných disků s kapacitou několika terabajtů. Věda však nestojí na místě a vývoj nových technologií je již v plném proudu. Jeden z nich se nazývá HAMR (Heat Assistant Magnetic Recording) – Termální magnetický záznam. Tato technologie je následovníkem kolmého záznamu a má za cíl jej vylepšit. Záznam v tomto případě probíhá s předehřátím pomocí laseru. K zahřívání dochází během pikosekundy, přičemž teplota dosahuje 100 °C. V tomto případě dostávají magnetické částice domény více energie, proto není při generování pole potřeba velká intenzita. A vysoká energie poskytuje zvýšenou stabilitu zaznamenaných informací. Opět platí, že použití této technologie je nemožné bez použití materiálů s vysokou úrovní anizotropie. Slitiny vhodné k tomu jsou však příliš drahé. Tepelný magnetický záznam navíc vyžaduje dvě samostatné hlavy. Musíte se také postarat o to, jak odvádět teplo z disků. Ale přesto je obrovskou motivací pro použití termomagnetického záznamu fakt, že tuto technologii dosahuje hustoty záznamu až 1 Tbps

Jak jsou data ukládána na pevný disk

Nejmenší jednotka informací, se kterou systém správy pevného disku pracuje, se nazývá sektor. Ve velké většině moderních médií má sektor 512 bajtů. Použito v v současné době Systém adresování sektorů se nazývá LBA (Logical block addressing). Adresovací systém CHS lze zároveň použít pro disky s malou kapacitou nebo pro zpětnou kompatibilitu se starším hardwarem. Zkratka CHS znamená Cylinder, Head, Sector - válec, hlava, sektor. Už z názvu je jasný význam tohoto typu adresování, protože je vázán na části zařízení pevného disku. Výhodou LBA oproti CHS je, že druhý má limit na maximální počet adresovatelných sektorů, v kvantitativním vyjádření, rovných 8,4 gigabajtů, LB A tento limit nemá. První tvrdý disk (nebo spíše nula) se nazývá MBR (Master Boot Record), neboli hlavní spouštěcí záznam. Na začátku tohoto sektoru je kód, kde základní vstupně/výstupní systém počítače předává řízení, když se spouští. Později tento kód přenese řízení na zavaděč operačního systému. V sektoru 0 je také tabulka rozdělení pevného disku. Oddíl je specifický rozsah sektorů. Do tabulky se zapíše záznam o oddílu s číslem jeho počátečního sektoru a velikostí. V tabulce oddílů mohou být celkem čtyři takové položky. Oddíl, jehož záznam je v tabulce oddílů nulového sektoru, se nazývá primární (primární). Kvůli zmíněným omezením mohou být na jednom disku maximálně čtyři takové oddíly. Některé operační systémy se instalují pouze na primární svazky. Pokud je potřeba více oddílů, přidá se do tabulky záznam o rozšířeném oddílu. Tento typ oddílu je kontejner, ve kterém se vytvářejí logické oddíly. Logických svazků může být neomezený počet, nicméně v OS rodiny Windows je počet současně připojených svazků omezen počtem písmen latinské abecedy. Tyto tři typy sekcí mají nejširší AR, podporu mezi drtivou většinou operační systémy a nejrozšířenější. Ve skutečnosti se tyto typy oddílů nacházejí doma nebo v měřítku klientských počítačů organizací. To však neznamená, že typy oddílů jsou omezeny na tyto tři typy. Existuje velké množství specializovaných oddílů, ale také používají primární svazky jako kontejnery. Oddíl je pouze přidělené místo na disku; pro uložení jakýchkoli informací v něm pro uspořádání struktury ukládání dat je třeba vytvořit systém souborů. Tento proces se nazývá formátování oddílu. Existuje velké množství typů souborových systémů, FAT / NTFS se používají v operačních systémech Windows, Ext2 / 3FS, ReiserFS, Swap se používají v operačních systémech založených na jádře Linuxu. Existuje mnoho utilit pro multiplatformní přístup k různým souborovým systémům z operačních systémů, které je nativně nepodporují (například poskytující přístup z Windows do Linuxových oddílů a naopak). Některé systémy souborů, jako je FAT/NTFS, fungují na větších datových strukturách pevného disku, které se nazývají clustery. Cluster může obsahovat libovolný počet sektorů. Manipulace s velikostí clusteru přináší další zvýšení výkonu systému souborů nebo využití volného místa. Získá se tak následující logická struktura úložiště dat: pevný disk je rozdělen na sekce (v tomto případě jsou informace o tomto oddílu uloženy v tzv. hlavním zaváděcím záznamu) - nazývají se C:, D:, E: atd., pro každý je oddíl nastaven na systém souborů (v důsledku formátování oddílu). Souborový systém obsahuje informace o tom, jak je prostor na diskovém oddílu (logickém disku) vymezen a kde jsou na něm umístěny soubory. No, pak oddíl ukládá soubory, které jsou rozděleny do určitého počtu clusterů, které fyzicky zabírají určitý počet sektorů, do kterých jsou rozděleny stopy pevného disku. Systém souborů přiřadí své adresy všem sektorům a poté na tyto adresy ukládá své soubory a do své tabulky zapisuje adresy clusterů (rozsahy clusterů) patřících k určitým souborům.

Pevný disk (HDD) \ HDD (Hard disková jednotka) \ pevný disk (nosič) - hmotný objekt schopný ukládat informace.

Informační akumulátory lze klasifikovat podle následujících vlastností:

• 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 na nulté dráze, problematický při bootování z pevného disku, ale samotný disk je dostupný při bootování z diskety;
• pokud se vrátíte do pracovního 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 je dalším krokem vytvoření těžké zhroucení disk do jednoho 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. Tedy data a systémové soubory jsou 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 (milisekund), více rychlé jízdy 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 (propustnost I/O) nebo přenosová rychlost (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 deska.

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). aplikace nová technologie vám umožní přinést přenosovou rychlost rovnou 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 fyzikálními 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 ke čtení 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 nahrávání ano proměnná hodnota- vyšší na vnějších kolejích 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.

Průběžné sledování stavu všeho vitálního důležité prvky disk:
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 velký počet pravidelně uspořádané špatné shluky.

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 nákupem sestavený počítač, obdržíte disk připravený k použití).

Pár slov o zacházení s ním. Pevný disk je velmi složitý výrobek obsahující kromě elektroniky i přesnou mechaniku.
Proto vyžaduje opatrné zacházení – nárazy, pády a silné vibrace může poškodit 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 volné místo a zapojte kabel z ovladače na desce do konektoru pevného disku s červeným proužkem k napájecímu 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 známé. 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) i když donedávna nebyla významným dodavatelem ruský trh pevné disky, ale rychle si získal 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.