دستگاه و اصل عملکرد هارد دیسک. در جزئیات و به سادگی در مورد هارد دیسک، آن نیز HDD (درایو دیسک سخت) است.

هارد دیسک (HDD)- یک دستگاه ذخیره سازی غیر فرار که هدف آن ذخیره سازی طولانی مدت داده ها است. اطلاعات روی رسانه های سخت (دیسک های ساخته شده از آلیاژهای خاص) با پوشش فرومغناطیسی (دی اکسید کروم) ذخیره می شود.

دستگاه هارد دیسک.

منطقه مهار

شامل: بدنه آلیاژی سخت، دیسک های با روکش مغناطیسی، یونیت سر با دستگاه موقعیت یابی، درایو اسپیندل الکتریکی.

بلوک سر

پکیج اهرمی استیل فنری با سرهای ثابت در انتها.

بشقاب ها

آنها از یک آلیاژ فلز ساخته شده و با یک فرومغناطیس (اکسیدهای آهن، منگنز و سایر فلزات) پوشیده شده اند. دیسک‌ها به‌طور سفت و سخت بر روی دوکی نصب می‌شوند که با سرعت چند هزار دور در دقیقه می‌چرخد. با این سرعت، جریان هوای قدرتمندی در نزدیکی سطح دیسک ایجاد می‌شود که سرها را بلند کرده و آن‌ها را در بالای سطح بشقاب شناور می‌کند. در حالی که دیسک ها به سرعت لازم برای "برخاستن" سرها نرسیده اند، دستگاه پارکینگ سرها را در منطقه پارک نگه می دارد. این از آسیب به هدها و سطح دیسک جلوگیری می کند.

موقعیت گیر سر

این شامل یک جفت ثابت آهنربای دائمی قوی و همچنین یک سیم پیچ بر روی یک واحد سر متحرک است.

ناحیه محفظه با هوای تصفیه شده و خشک شده یا گازهای خنثی به ویژه نیتروژن پر می شود و یک غشای فلزی یا پلاستیکی نازک برای یکسان کردن فشار نصب می شود. یکسان سازی فشار برای جلوگیری از تغییر شکل محفظه محفظه به دلیل تغییر در فشار و دما اتمسفر و همچنین هنگام گرم شدن دستگاه در حین کار ضروری است. ذرات گرد و غباری که در حین مونتاژ به قسمت محفظه ختم می شوند و روی سطح دیسک می افتند، در حین چرخش به فیلتر دیگری - جمع کننده گرد و غبار منتقل می شوند.

بلوک الکترونیک

شامل: واحد کنترل، حافظه فقط خواندنی، حافظه بافر، واحد رابط (انتقال داده، منبع تغذیه) و واحد پردازش سیگنال دیجیتال.

واحد کنترل یک سیستم است:

• موقعیت سر؛
• کنترل درایو؛
• تغییر جریان اطلاعات از سرهای مختلف؛
• کنترل عملکرد تمام گره های دیگر - دریافت و پردازش سیگنال ها از سنسورهای دستگاه:
  • شتاب سنج تک محور - به عنوان سنسور شوک استفاده می شود،
  • شتاب سنج سه محوری - به عنوان سنسور سقوط آزاد استفاده می شود،
  • فشارسنج،
  • سنسور شتاب زاویه ای،
  • حسگر دما.

واحد حافظه فقط خواندنیبرنامه های کنترلی برای واحدهای کنترل و پردازش سیگنال دیجیتال و همچنین اطلاعات سرویس هارد دیسک را ذخیره می کند.

حافظه بافرتفاوت سرعت بین قسمت رابط و درایو را صاف می کند (از حافظه استاتیک پرسرعت استفاده می شود).

واحد پردازش سیگنال دیجیتالپاکسازی سیگنال آنالوگ خوانده شده و رمزگشایی آن (استخراج اطلاعات دیجیتال) را انجام می دهد.

مشخصات هارد دیسک

رابط— استاندارد پشتیبانی شده برای تبادل داده با دستگاه های ذخیره سازی اطلاعات: .

ظرفیت- مقدار داده ای که هارد دیسک می تواند ذخیره کند (GB، TB).

فاکتور فرم- اندازه فیزیکی یک دیسک با پوشش فرومغناطیسی: 3.5 یا 2.5 اینچ.

زمان دسترسی- مدت زمانی که در طی آن هارد دیسک برای انجام عملیات خواندن یا نوشتن در هر قسمت از دیسک مغناطیسی تضمین شده است (محدوده 2.5 تا 16 میلی ثانیه).

سرعت اسپیندل- پارامتری که زمان دسترسی و میانگین سرعت انتقال داده به آن بستگی دارد. سرعت چرخش هارد برای لپ تاپ ها 4200، 5400 و 7200 دور در دقیقه و برای کامپیوترهای رومیزی 5400، 7200 و 10000 دور در دقیقه است.

ورودی خروجیتعداد عملیات I/O در هر ثانیه است. به طور معمول، هارد دیسک حدود 50 عملیات در ثانیه را در دسترسی تصادفی و حدود 100 عملیات را در دسترسی متوالی انجام می دهد.

مصرف برق- مصرف انرژی در وات، یک عامل مهم برای دستگاه های تلفن همراه.

سطح نویز- نویز در دسی بل که توسط مکانیک هارد دیسک در حین کار ایجاد می شود (چرخش اسپیندل، آیرودینامیک، موقعیت یابی). درایوهای بی صدا دستگاه هایی با سطح نویز حدود 26 دسی بل یا کمتر هستند.

مقاومت در برابر ضربه- مقاومت آکومولاتور در برابر افزایش فشار یا ضربه های ناگهانی. بر حسب واحد اضافه بار مجاز (G) در حالت روشن و خاموش اندازه گیری می شود.

نرخ انتقال- سرعت خواندن/نوشتن برای دسترسی متوالی (ناحیه داخلی دیسک - از 44.2 تا 74.5 مگابیت بر ثانیه، منطقه بیرونی دیسک - از 60.0 تا 111.4 مگابیت بر ثانیه).

اندازه بافر- حافظه متوسط ​​(MB)، طراحی شده برای صاف کردن تفاوت در سرعت خواندن / نوشتن و انتقال از طریق رابط. معمولا از 8 تا 64 مگابایت متغیر است.

ویدئو با موضوع: "هارد دیسک: دستگاه و ویژگی ها"

سخنرانی شماره 5: ذخیره سازی اطلاعات

طرح

1. هارد دیسک ها
2. درایوهای حالت جامد

1. هارد دیسک ها

مرجع تاریخی

در طول توسعه هارد دیسک ها، شش اندازه تغییر کرده است - عوامل شکل.

شکل 1. ابعاد HDD

1956 - هارد دیسک IBM 350 به عنوان بخشی از اولین کامپیوتر IBM 305 RAMAC تولید انبوه. درایو جعبه ای به اندازه یک یخچال بزرگ را اشغال می کرد و وزن آن 971 کیلوگرم بود و ظرفیت کل حافظه 50 دیسک نازک با قطر 610 میلی متر که در آن با آهن خالص می چرخیدند حدود 5 میلیون بایت 6 بیتی بود. 3.5 مگابایت بر حسب بایت 8 بیتی).
1980 - اولین وینچستر 5.25 اینچی، Shugart ST-506، 5 مگابایت.
1981 - Shugart ST-412 5.25 اینچی، 10 مگابایت.
1986 - استانداردهای SCSI، ATA(IDE).
1991 - حداکثر ظرفیت 100 مگابایت.
1995 - حداکثر ظرفیت 2 گیگابایت.
1997 - حداکثر ظرفیت 10 گیگابایت.
1998 - استانداردهای UDMA/33 و ATAPI.
1999 - IBM Microdrive را با ظرفیت 170 و 340 مگابایت عرضه کرد.
2002 - استاندارد ATA / ATAPI-6 و درایوهایی با ظرفیت بیش از 137 گیگابایت.
2003 - ظهور SATA.
2005 - حداکثر ظرفیت 500 گیگابایت.
- استاندارد سریال ATA 3G (یا SATA II)، ظهور SAS (Serial Attached SCSI).
2006 - کاربرد روش ضبط عمود بر درایوهای تجاری.
- ظاهر اولین هارد دیسک های "هیبریدی" حاوی یک بلوک حافظه فلش.
2007 - هیتاچی اولین درایو تجاری 1 ترابایتی را معرفی کرد.
2009 - بر اساس صفحات 500 گیگابایتی وسترن دیجیتال، سپس Seagate Technology LLC مدل های 2 ترابایتی را منتشر کرد.
– وسترن دیجیتال از ساخت هارد دیسک های 2.5 اینچی با ظرفیت 1 ترابایت (تراکم ضبط - 333 گیگابایت در یک صفحه) خبر داد.
- ظهور استاندارد SATA 3.0 (SATA 6G).
2010 - سیگیت شروع به توسعه HDD 3 ترابایتی کرد.

تعریف HDD و دستگاه
هارد دیسک یا هارد دیسک(انگلیسی) سختدیسکراندن،HDD), HDD, وینچستر، در زبان عامیانه کامپیوتری "پیچ", سخت, هارد دیسک- یک دستگاه ذخیره سازی اطلاعات بر اساس اصل ضبط مغناطیسی. این رسانه اصلی ذخیره سازی در اکثر رایانه ها است.

اساساً هارد دیسک از بلوک های اصلی زیر تشکیل شده است:
بلوک الکترونیک شامل کنتاکت ها و یک ریز مدار است که روی آن قرار دارد: کنترلر کنترل HDD، اتصالات برق، بلوک جامپر، کانکتور کابل (رابط اتصال).
بلوک مکانیکی شامل صفحات مغناطیسی، دوک، راکر، محورهای چرخش راکر، سروو راکر، سر خواندن و نوشتن است.
قاب- این طرحی است که تمام عناصر HDD در آن قرار دارند.

شکل 2. نمودار دستگاه HDD

شکل 3. دستگاه HDD

اصول ذخیره سازی اطلاعات در HDD
اطلاعات موجود در HDD روی صفحات سفت و سخت (آلومینیوم، سرامیک یا شیشه) که با لایه ای از مواد فرومغناطیسی (اکسید آهن) پوشانده شده اند، که اغلب دی اکسید کروم است، ثبت می شود. HDD از یک تا چند صفحه در یک محور استفاده می کند.
داده ها بر روی صفحات به شکل آهنگ های متحدالمرکز ذخیره می شوند که هر کدام به بخش های 512 بایتی متشکل از دامنه های افقی تقسیم می شوند. جهت گیری دامنه ها در لایه مغناطیسی برای تشخیص اطلاعات باینری (0 یا 1) است. اندازه دامنه ها تراکم ضبط داده ها را با هدف پرداختن به فضای سطح صفحات دیسک تعیین می کند که به دو دسته تقسیم می شوند. آهنگ هاینواحی حلقوی متحدالمرکز هستند. هر آهنگ به بخش های مساوی تقسیم می شود - بخش ها.

سیلندر- مجموعه ای از آهنگ ها با فاصله مساوی از مرکز روی تمام سطوح کار صفحات دیسک سخت. شماره سرسطح کار مورد استفاده را مشخص می کند (یعنی مسیر خاص از سیلندر)، و شماره بخش- یک بخش خاص در مسیر.

سازماندهی داده های خواندن / نوشتن به دلیل هدهای خواندن / نوشتن (GCHZ) رخ می دهد. در حالت کار، GChZ به دلیل لایه جریان هوای ورودی که در حین چرخش سریع در نزدیکی سطح ایجاد می شود، سطح صفحات را لمس نمی کند. فاصله بین هد و دیسک چند نانومتر است (در دیسک های مدرن حدود 10 نانومتر). عدم وجود تماس مکانیکی عمر طولانی دستگاه را تضمین می کند. در غیاب چرخش دیسک، هدها در اسپیندل یا خارج از دیسک در یک منطقه امن (منطقه پارکینگ) قرار می گیرند، جایی که تماس غیر طبیعی آنها با سطح دیسک ها حذف می شود.

شکل 4. سازماندهی بشقاب HDD.

حالت های آدرس دهی

2 راه اصلی برای آدرس دهی بخش ها روی دیسک وجود دارد: بخش سر سیلندر(انگلیسی) سیلندر— سر— بخش, CHS) و آدرس دهی بلوک خطی(انگلیسی) خطی مسدود کردن خطاب به, LBA).

CHS
با این روش، بخش با موقعیت فیزیکی خود روی دیسک با 3 مختصات نشان داده می شود - شماره سیلندر, شماره سرو شماره بخش. در دیسک های مدرن با کنترلرهای داخلی، این مختصات دیگر با موقعیت فیزیکی بخش روی دیسک مطابقت ندارند و "مختصات منطقی" هستند.
آدرس دهی CHS فرض می کند که تمام تراک ها در یک ناحیه دیسک معین تعداد سکتورهای یکسانی دارند. برای استفاده از آدرس دهی CHS، باید بدانید هندسهدیسک مورد استفاده: تعداد کل سیلندرها، هدها و بخشهای موجود در آن. در ابتدا، این اطلاعات باید به صورت دستی وارد می شد. در استاندارد ATA، عملکرد تشخیص خودکار هندسه (دستور Identify Drive) معرفی شد.

LBA
با این روش آدرس بلوک های داده روی حامل با استفاده از یک آدرس خطی منطقی مشخص می شود. آدرس دهی LBA در سال 1994 در ارتباط با استاندارد EIDE (Extended IDE) پیاده سازی و استفاده شد. استانداردهای ATA نیاز به مکاتبات یک به یک بین حالت های CHS و LBA دارند:
LBA = [ (سیلندر * تعداد سر + سر) * بخش ها / مسیر ] + (بخش-1)
روش LBA با نگاشت بخش برای SCSI مطابقت دارد. BIOS کنترلر SCSI این وظایف را به طور خودکار انجام می دهد، یعنی روش آدرس دهی منطقی از همان ابتدا برای رابط SCSI معمولی بود.
مشخصات HDD

در حال حاضر، ویژگی های HDD زیر متمایز می شود:

رابط(انگلیسی) رابط) - مجموعه ای از خطوط ارتباطی، سیگنال های ارسال شده از طریق این خطوط، وسایل فنی که از این خطوط از قوانین (پروتکل) مبادله پشتیبانی می کند.
هارد دیسک های تجاری موجود می توانند از اینترفیس ها استفاده کنند:

ظرفیت(انگلیسی) ظرفیت) - مقدار داده ای که می تواند در درایو ذخیره شود. از زمان آغاز به کار اولین هارد دیسک ها، در نتیجه پیشرفت مداوم در فناوری ضبط اطلاعات، حداکثر ظرفیت ممکن آنها به طور مداوم افزایش یافته است. ظرفیت هارد دیسک های مدرن (با ضریب فرم 3.5 اینچ) در ابتدای سال 2010. تا 2000 گیگابایت (2 ترابایت). با این حال، سیگیت توسعه هارد 3 ترابایتی را تایید کرده است.

توجه: برخلاف سیستم پیشوندهای پذیرفته شده در علوم کامپیوتر، که مضرب 1024 را نشان می دهد (نگاه کنید به: پیشوندهای باینری)، سازندگان هنگام تعیین ظرفیت هارد دیسک از مقادیری استفاده می کنند که مضربی از 1000 هستند. بنابراین، ظرفیت یک هارد دیسک علامت گذاری شده به عنوان "200 گیگابایت" 186.2 گیگابایت است.

اندازه فیزیکی (فاکتور فرم) (انگلیسی) بعد، ابعاد، اندازه). تقریباً تمام درایوهای مدرن (2001-2008) برای رایانه های شخصی و سرورها 3.5 یا 2.5 اینچ عرض دارند - به ترتیب اندازه پایه های استاندارد برای آنها در رایانه های رومیزی و لپ تاپ ها. همچنین در اندازه های 1.8، 1.3، 1 و 0.85 اینچی موجود است. تولید درایوهای 8 و 5.25 اینچی متوقف شد.

زمان دسترسی تصادفی (انگلیسی) تصادفی دسترسی داشته باشید زمان) - مدت زمانی که در طی آن هارد دیسک برای انجام عملیات خواندن یا نوشتن در هر قسمت از دیسک مغناطیسی تضمین می شود. محدوده این پارامتر کوچک است - از 2.5 تا 16 میلی ثانیه. به عنوان یک قاعده، دیسک های سرور حداقل زمان را دارند (به عنوان مثال، Hitachi Ultrastar 15K147 دارای 3.7 میلی ثانیه است)، مرتبط ترین آنها دیسک های دستگاه های قابل حمل هستند (Seagate Momentus 5400.3 - 12.5).

سرعت اسپیندل (انگلیسی) دوک سرعت) تعداد دور دوک در دقیقه است. زمان دسترسی و میانگین سرعت انتقال داده تا حد زیادی به این پارامتر بستگی دارد. در حال حاضر هارد دیسک ها با سرعت چرخش استاندارد زیر تولید می شوند: 4200، 5400 و 7200 (لپ تاپ)، 5400، 7200 و 10000 (رایانه های شخصی)، 10000 و 15000 دور در دقیقه (سرورها و ایستگاه های کاری با کارایی بالا).

قابلیت اطمینان(انگلیسی) قابلیت اطمینان) - به عنوان میانگین زمان بین خرابی ها تعریف می شود ( MTBF). همچنین، اکثریت قریب به اتفاق درایوهای مدرن از این فناوری پشتیبانی می کنند هوشمندانه.

تعداد IOPS - برای دیسک های مدرن، این حدود 50 عملیات در ثانیه با دسترسی تصادفی به درایو و حدود 100 عملیات در ثانیه با دسترسی متوالی است.

مصرف برق یک عامل مهم برای دستگاه های تلفن همراه است.

سطح نویز- صدای تولید شده توسط مکانیک درایو در حین کار. بر حسب دسی بل مشخص شده است. درایوهای بی صدا دستگاه هایی با سطح نویز حدود 26 دسی بل یا کمتر هستند. نویز از نویز چرخش دوک (شامل نویز آیرودینامیکی) و نویز موقعیت یابی تشکیل شده است.

مقاومت در برابر ضربه (انگلیسی) جی— شوکه شدن رتبه بندی) - مقاومت درایو در برابر افزایش ناگهانی فشار یا شوک، اندازه گیری شده در واحدهای اضافه بار مجاز در حالت روشن و خاموش.

نرخ انتقال (انگلیسی) انتقال نرخ) برای دسترسی متوالی:

• منطقه دیسک داخلی: از 44.2 تا 74.5 مگابیت بر ثانیه؛
• ناحیه بیرونی دیسک: 60.0 تا 111.4 مگابایت بر ثانیه.

اندازه بافر- بافر یک حافظه میانی است که برای رفع تفاوت در سرعت خواندن/نوشتن و انتقال رابط طراحی شده است. در دیسک های 2009 معمولا بین 8 تا 64 مگابایت متغیر است.

ثبت تراکم روی صفحه (تراکم سطحی) به فاصله بین مسیرها (چگالی عرضی) و حداقل اندازه دامنه مغناطیسی (چگالی طولی) بستگی دارد. معیار تعمیم تراکم ضبط در واحد سطح دیسک یا ظرفیت پلاتر است. هر چه تراکم ضبط بیشتر باشد، نرخ تبادل داده بین هدها و بافر (نرخ باود داخلی) بیشتر می شود. به تدریج، ذخایر رشد، به دلیل جهش تکنولوژیکی که در بالا ذکر شد، شروع به کاهش کرد. تا سال 2003، ظرفیت معمولی هارد دیسک به 80 گیگابایت رسیده بود. در سال 2004، دیسک هایی با صفحات با ظرفیت 100 مگابایت ظاهر شد، در سال 2005 - 133 مگابایت، در سال 2009 - 333 گیگابایت

حداقل منطقه داده آدرس پذیر در هارد دیسک است بخش. اندازه بخش به طور سنتی 512 بایت است. در سال 2006، IDEMA انتقال به اندازه بخش 4096 بایتی را اعلام کرد که قرار است تا سال 2010 تکمیل شود.

در نسخه نهایی ویندوز ویستا که در سال 2007 منتشر شد، پشتیبانی محدودی از درایوهایی با این اندازه بخش وجود دارد.

فن آوری برای نوشتن اطلاعات در هارد دیسک

اصل عملکرد هارد دیسک ها مشابه عملکرد ضبط صوت است. سطح کار دیسک نسبت به سر خواندن حرکت می کند (به عنوان مثال، به شکل یک سلف با شکاف در مدار مغناطیسی). هنگامی که یک جریان الکتریکی متناوب (در حین ضبط) به سیم پیچ سر اعمال می شود، میدان مغناطیسی متناوب حاصل از شکاف سر بر فرومغناطیس سطح دیسک تأثیر می گذارد و جهت بردار مغناطیسی دامنه را بسته به قدرت سیگنال تغییر می دهد. هنگام خواندن، حرکت دامنه ها در شکاف سر منجر به تغییر در شار مغناطیسی در مدار مغناطیسی هد می شود که به دلیل تأثیر القای الکترومغناطیسی منجر به ظهور یک سیگنال الکتریکی متناوب در سیم پیچ می شود.

اخیراً از اثر مغناطیسی مقاومتی برای خواندن استفاده شده است و از سرهای مغناطیسی در دیسک ها استفاده شده است. در آنها، تغییر در میدان مغناطیسی منجر به تغییر در مقاومت، بسته به تغییر در قدرت میدان مغناطیسی می شود. چنین هدهایی امکان افزایش احتمال پایایی خواندن اطلاعات (به ویژه در تراکم بالای ثبت اطلاعات) را فراهم می کند.

روش نوشتن موازی
بیت‌های اطلاعات با استفاده از یک سر کوچک ضبط می‌شوند، که با عبور از سطح یک دیسک در حال چرخش، میلیاردها ناحیه گسسته افقی - دامنه‌ها را مغناطیسی می‌کند. هر یک از این مناطق بسته به مغناطش، صفر یا یک منطقی هستند.

حداکثر تراکم ضبط قابل دستیابی با استفاده از این روش حدود 23 گیگابیت بر سانتی متر مربع است. در حال حاضر این روش به تدریج جایگزین روش ضبط عمودی می شود.

روش ثبت عمودی
روش ثبت عمودی تکنیکی است که در آن بیت های اطلاعات در حوزه های عمودی ذخیره می شوند. این به شما امکان می دهد از میدان های مغناطیسی قوی تر استفاده کنید و مساحت مواد مورد نیاز برای ضبط 1 بیت را کاهش دهید. چگالی ضبط نمونه های مدرن 60 گیگابیت بر سانتی متر مربع است. هارد دیسک هایی با ضبط عمود بر هم از سال 2005 وارد بازار شده اند.

روش ثبت مغناطیسی حرارتی
روش ثبت مغناطیسی حرارتی حرارت-کمک کردمغناطیسیضبط،HAMR) در حال حاضر امیدوار کننده ترین موارد موجود است، اکنون به طور فعال در حال توسعه است. در این روش از گرمایش نقطه ای دیسک استفاده می شود که به هد اجازه می دهد مناطق بسیار کوچکی از سطح خود را مغناطیسی کند. پس از سرد شدن دیسک، مغناطش "تثبیت می شود". این نوع هارد دیسک هنوز در بازار ارائه نشده است (از سال 2009)، فقط نمونه های آزمایشی با تراکم ضبط 150 گیگابیت بر سانتی متر مربع وجود دارد. توسعه فناوری‌های HAMR برای مدت طولانی ادامه داشته است، اما کارشناسان هنوز در برآوردهای خود از حداکثر تراکم ضبط متفاوت هستند. بنابراین، هیتاچی محدودیت 2.3-3.1 ترابایت بر سانتی متر مربع را نام می برد و نمایندگان Seagate Technology پیشنهاد می کنند که می توانند تراکم ضبط رسانه HAMR را به 7.75 ترابایت بر سانتی متر مربع برسانند. استفاده گسترده از این فناوری را باید در سال 2011-2012 انتظار داشت.

فناوری RAID

RAID (آرایه اضافی از دیسک‌های مستقل/ارزان) یک آرایه اضافی از هارد دیسک‌های مستقل/ارزان است - ماتریسی از چندین دیسک که توسط یک کنترل‌کننده کنترل می‌شوند، توسط کانال‌های پرسرعت به هم متصل شده و به عنوان یک کل درک می‌شوند. بسته به نوع آرایه مورد استفاده، می تواند درجات مختلفی از تحمل خطا و عملکرد را ارائه دهد. برای افزایش قابلیت اطمینان ذخیره سازی داده ها و / یا افزایش سرعت خواندن / نوشتن اطلاعات (RAID 0) خدمت می کند.

RAID 0

RAID 0 ("Striping") یک آرایه دیسکی از 2 یا چند دیسک است که در آن اطلاعات به بلوک های A n تقسیم شده و به صورت متوالی بر روی هارد دیسک نوشته می شود. بر این اساس اطلاعات همزمان نوشته و خوانده می شوند که باعث افزایش سرعت می شود.

شکل 5. طرح RAID 0

متأسفانه، اگر یکی از دیسک ها خراب شود، اطلاعات به طور غیرقابل برگشتی از بین می رود، بنابراین از آن در خانه یا برای ذخیره یک فایل swap، یک فایل swap استفاده می شود.

RAID 1

RAID 1 (Mirroring - "Mirroring"). در این حالت، یک دیسک به طور کامل دیگری را تکرار می کند که در صورت خرابی یکی از دیسک ها، عملکرد را تضمین می کند، اما مقدار فضای قابل استفاده به نصف کاهش می یابد. از آنجایی که دیسک ها به طور همزمان خریداری می شوند، در صورت معیوب شدن دسته ای، هر دو دیسک ممکن است از کار بیفتند. سرعت نوشتن تقریباً برابر است با سرعت نوشتن روی یک دیسک، خواندن از دو دیسک به طور همزمان امکان پذیر است (اگر کنترلر از این عملکرد پشتیبانی می کند) که باعث افزایش سرعت می شود.

شکل 6. طرح RAID 1

اغلب در دفاتر کوچک برای پایگاه های داده یا برای ذخیره یک سیستم عامل استفاده می شود.

RAID 10

RAID 10 (RAID 1+0). اصول RAID 0 و RAID 1 را با هم ترکیب می کند. هنگام استفاده از آن، هر هارد دیسک "جفت آینه" خود را دارد، در حالی که نیمی از فضای قابل استفاده استفاده می شود. تا زمانی که از هر جفت یک دیسک کار وجود داشته باشد عملیاتی است. بالاترین نرخ نوشتن/بازنویسی، قابل مقایسه با RAID 5 از نظر سرعت خواندن. برای ذخیره پایگاه داده تحت بار زیاد استفاده می شود.

RAID 5

RAID 5. در این حالت، تمام داده ها به بلوک ها تقسیم می شوند و برای هر مجموعه یک چک جمع محاسبه می شود که روی یکی از دیسک ها ذخیره می شود - به صورت چرخه ای روی همه دیسک های آرایه (به طور متناوب برای هر کدام) نوشته می شود و برای بازیابی داده ها در برابر از دست دادن حداکثر یک درایو مقاوم است.

شکل 7. طرح RAID 5

RAID 5 نرخ خواندن بالایی دارد - اطلاعات تقریباً از همه دیسک‌ها خوانده می‌شود، اما عملکرد نوشتن کاهش می‌یابد - به محاسبه جمع‌بندی نیاز دارد. اما حیاتی ترین عملیات بازنویسی است، زیرا در چند مرحله انجام می شود:
1) خواندن داده ها
2) چک جمع را بخوانید
3) مقایسه داده های جدید و قدیمی
4) داده های جدید بنویسید
5) نوشتن یک چک سام جدید
6) زمانی که حجم زیاد و سرعت خواندن بالا مورد نیاز است استفاده می شود.

RAID 6

RAID 6 (ADG). ادامه منطقی RAID 5. تفاوت در این است که checksum 2 بار محاسبه می شود و در نتیجه قابلیت اطمینان بیشتری دارد (در صورت خرابی بیش از 2 دیسک پایدار است) و عملکرد کمتری دارد.

شکل 8. طرح RAID 6

سازماندهی عملیات RAID توسط کنترلرهای RAID ارائه می شود که می تواند به صورت داخلی (به صورت برد) و خارجی باشد.

شکل 9. کنترلر RAID داخلی

دو یا چند درایو متصل به یک کنترلر در سرور، یا یک محفظه دیسک خارجی متصل به کنترل کننده، بسته به سطح تحمل خطا انتخاب شده، از خرابی یک یا چند درایو محافظت می کند و در عین حال عملکرد را حفظ می کند.

با کش غیر فرار و دیسک های SAS، در برابر مشکلات قطع برق محافظت می کند، مگر در مواردی که آسیب الکتریکی به تجهیزات وارد شود. اما اگر سرور آسیب ببیند، ممکن است داده ها از بین بروند.

از داده ها محافظت می کند:
- مشکلات سخت افزاری - خرابی، آسیب، خرابی تجهیزات. تا حدی، فقط از خرابی هارد دیسک ها؛
- قطع برق - تا حدی از داده های ذخیره شده در بافر کنترلر در صف نوشتن محافظت می کند، اما برای مدت محدود و تنها در صورتی که باتری روی کنترلر وجود داشته باشد.

محافظت نمی کند در برابر:
- خرابی نرم افزار؛
- عامل انسانی؛
- مشکلات زیرساختی (اگرچه همه اتصالات، به عنوان یک قاعده، در داخل سرور قرار دارند)؛
- تصادفات؛
- فجایع

هدف اصلی برنامه محافظت از داده ها در برابر از بین رفتن در صورت خرابی هارد است، همچنین یکی از دلایل معرفی نیاز به افزایش عملکرد زیرسیستم دیسک است.

کنترلرهای RAID توسط بسیاری از شرکت ها عرضه می شوند: IBM، DELL، SUN، HP، Adaptec، 3ware، LSI، و غیره.

آرایه RAID خارجی

شکل 10.آرایه RAID خارجی

سطح اول. دیسک ها و کنترلر در یک سیستم خارجی جداگانه قرار می گیرند. یک یا چند سرور را می توان با استفاده از رابط های مختلف مانند SAS، iSCSI، FC به یک آرایه خارجی متصل کرد. تقریباً همه چنین سیستم هایی دارای فن و منبع تغذیه هستند که بسیاری از آنها امکان نصب یک کنترل کننده تکراری را فراهم می کنند. آرایه‌های RAID خارجی به تنهایی قدرتمندتر و قابل اعتمادتر از کنترل‌کننده‌های RAID داخلی هستند و می‌توانند به بیش از صد درایو (با استفاده از قفسه‌های دیسک) گسترش یابند.

در حال حاضر، بسیاری از مدل‌ها دارای ابزارهای نظارتی و کنترلی پیشرفته هستند، هم برای خود آرایه و هم برای داده‌های روی آن. ابزار نظارت بر وضعیت دیسک ها از قبل از خرابی احتمالی مطلع می شود ، اکثر تولید کنندگان شایسته فقط بر اساس این پیام ها دیسک ها را قبل از عدم کارایی تغییر می دهند. برخی از مدل ها توانایی گرفتن عکس فوری - (فوری) را دارند که به شما امکان محافظت از داده ها را می دهد و تهیه نسخه پشتیبان را ساده می کند.

از داده ها محافظت می کند:
- مشکلات سخت افزاری - تا حدی، در صورت وجود تکراری بودن همه سیستم ها.
- خرابی نرم افزار - تا حدی، برخی از آرایه ها عملکرد ایجاد کپی های فوری را دارند که به ایجاد عکس های فوری کمک می کند.
- مشکلات زیرساختی - آنها تحت شرایط تکراری همه آرایه های خارج از سرور محافظت می کنند.
- قطع برق - تا حدی از داده ها در بافر کنترلر برای نوشتن در حضور باتری محافظت می کند. وجود منابع تغذیه اضافی، قابلیت اطمینان بیشتر را تضمین می کند.

محافظت نمی کند در برابر:
- عامل انسانی؛
- تصادفات؛
- فجایع

دلیل پیاده سازی یا نیاز به یکپارچه سازی منابع ذخیره سازی، مدیریت آسان تر آنها، امکان دسترسی همزمان (مثلاً هنگام ایجاد یک خوشه)، یا نیاز به کارایی بالا، یا نیاز به قابلیت اطمینان بیشتر (تکثیر) است. مسیرهای کنترل کننده).

نمایندگان معمولی این کلاس: Xyratex 5xxx/6xxx، Dell MD3000، IBM 3XXX، HP MSA 2000.

2. درایوهای حالت جامد

شکل 11. درایو SSD

درایو حالت جامد (SSD، درایو حالت جامد) یک دستگاه ذخیره سازی رایانه ای است که بر اساس تراشه های حافظه که توسط یک کنترل کننده کنترل می شود. درایوهای SSD حاوی قطعات مکانیکی متحرک نیستند.

دو نوع درایو حالت جامد وجود دارد: SSD بر اساس حافظه مشابه RAM کامپیوتر و SSD مبتنی بر حافظه فلش.

در حال حاضر، درایوهای حالت جامد در دستگاه های فشرده استفاده می شود: لپ تاپ ها، نت بوک ها، ارتباطات و تلفن های هوشمند. برخی از تولیدکنندگان معروف قبلاً به طور کامل به تولید درایوهای حالت جامد روی آورده اند، به عنوان مثال، سامسونگ تجارت هارد دیسک خود را در سال 2011 به سیگیت فروخت.

هارد دیسک های هیبریدی وجود دارد، چنین دستگاه هایی یک هارد دیسک (HDD) و یک درایو حالت جامد نسبتا کوچک را در یک دستگاه به عنوان کش ترکیب می کنند (برای افزایش کارایی و عمر دستگاه، کاهش مصرف انرژی). تاکنون از این گونه دیسک ها عمدتاً در دستگاه های قابل حمل (لپ تاپ، تلفن همراه و ...) استفاده می شود.

شکل 12 Seagate Momentus XT 500GB Hybrid Drive

شکل 13 Seagate Momentus XT 500GB Hybrid Drive

شکل 14 Seagate Momentus XT 500 GB Hybrid Drive Electronics

تاریخ توسعه

1978 - شرکت آمریکایی StorageTek اولین درایو نیمه هادی مدرن (بر اساس حافظه رم) را توسعه داد.
1982 - شرکت آمریکایی Cray یک درایو حافظه رم حالت جامد برای ابررایانه های خود Cray-1 با سرعت 100 مگابیت بر ثانیه و Cray X-MP با سرعت 320 مگابیت در ثانیه با ظرفیت 8، 16 یا 32 میلیون 64 معرفی کرد. کلمات بیتی
1995 - شرکت اسرائیلی M-Systems اولین فلش درایو نیمه هادی را معرفی کرد.
2008 - شرکت کره جنوبی Mtron Storage Technology موفق به ایجاد یک درایو SSD با سرعت نوشتن 240 مگابایت بر ثانیه و سرعت خواندن 260 مگابایت بر ثانیه شد که در نمایشگاهی در سئول نشان داد. ظرفیت این درایو 128 گیگابایت است. به گفته این شرکت، تولید چنین دستگاه هایی از سال 2009 آغاز خواهد شد.
2009 - Super Talent Technology 512GB SSD را منتشر کرد، OCZ SSD 1TB را معرفی کرد.

در حال حاضر، برجسته ترین شرکت هایی که به شدت در حال توسعه جهت SSD در فعالیت های خود هستند عبارتند از: Intel، Kingston، Samsung Electronics، SanDisk، Corsair، Renice، OCZ Technology، Crucial و ADATA. علاوه بر این، توشیبا نیز به این بازار علاقه نشان می دهد.

دستگاه و عملکرد

دو نوع درایو SSD وجود دارد:

NAND SSD
SSD های NAND درایوهایی هستند که بر اساس استفاده از آن ساخته شده اند غیر فرارحافظه (NAND SSD) نسبتاً اخیراً با هزینه بسیار کمتر (از 2 دلار در هر گیگابایت) ظاهر شد و با اطمینان شروع به تسخیر بازار کرد. تا همین اواخر، آنها به طور قابل توجهی از درایوهای سنتی - هارد دیسک ها - در سرعت نوشتن پایین تر بودند، اما این را با سرعت بالای بازیابی اطلاعات (موقعیت یابی اولیه) جبران می کردند. درایوهای حالت جامد فلش در حال حاضر با سرعت خواندن و نوشتن چندین برابر بیشتر از قابلیت هارد دیسک ها تولید می شوند. آنها با اندازه نسبتا کوچک و مصرف برق کم مشخص می شوند.

رم SSD
حافظه های رم SSD درایوهایی هستند که بر اساس استفاده از آن ساخته شده اند فرارحافظه (همان چیزی که در رم رایانه شخصی استفاده می شود) با خواندن، نوشتن و بازیابی اطلاعات فوق سریع مشخص می شود. نقطه ضعف اصلی آنها هزینه بسیار بالای آنها است (از 80 تا 800 دلار آمریکا در هر گیگابایت). آنها عمدتا برای سرعت بخشیدن به کار سیستم های مدیریت پایگاه داده بزرگ و ایستگاه های گرافیکی قدرتمند استفاده می شوند. چنین درایوهایی معمولاً برای ذخیره داده ها در صورت قطع برق مجهز به باتری هستند و مدل های گران تر مجهز به سیستم های پشتیبان و / یا پشتیبان آنلاین هستند.

مزایا و معایب
مزایایدر مقایسه با هارد دیسک (HDD):

• بدون قطعات متحرک؛
• سرعت خواندن / نوشتن بالا، اغلب بیش از پهنای باند رابط هارد دیسک (SAS / SATA II 3 گیگابیت بر ثانیه، SAS / SATA III 6 گیگابیت بر ثانیه، SCSI، کانال فیبر و غیره)؛
• مصرف برق کم؛
• عدم وجود کامل سر و صدا به دلیل عدم وجود قطعات متحرک و فن های خنک کننده.
• مقاومت مکانیکی بالا؛
• محدوده دمای عملیاتی گسترده؛
• پایداری زمان خواندن فایل بدون توجه به مکان یا تکه تکه شدن آنها.
• ابعاد و وزن کوچک؛
• یک پتانسیل مدرنیزاسیون بزرگ برای خود درایوها و فناوری های تولید آنها.
• حساسیت کمتری به میدان های الکترومغناطیسی خارجی دارد.

ایرادات:

• نقطه ضعف اصلی SSD تعداد محدود چرخه های نوشتن است. فلش مموری معمولی (MLC، سلول های چند سطحی، سلول های حافظه چند سطحی) به شما امکان می دهد اطلاعات را حدود 10000 بار بنویسید. انواع حافظه های گران تر (SLC، سلول های تک سطحی، سلول های حافظه تک سطحی) - بیش از 100000 بار از طرح های متعادل کننده بار برای مبارزه با سایش ناهموار استفاده می شود. کنترل کننده اطلاعاتی را در مورد چند بار بازنویسی شده توسط بلوک ها ذخیره می کند و در صورت لزوم آنها را "تغییر" می کند.
• مشکل سازگاری درایوهای SSD با نسخه های قدیمی و حتی بسیاری از نسخه های فعلی خانواده سیستم عامل ویندوز مایکروسافت که مشخصات درایوهای SSD را در نظر نمی گیرند و علاوه بر آن فرسوده می شوند. استفاده سیستم عامل از مکانیسم تعویض (پیجینگ) روی SSD نیز احتمالاً عمر درایو را کاهش می دهد.
• قیمت یک گیگابایت درایو SSD به طور قابل توجهی بالاتر از قیمت یک گیگابایت HDD است. علاوه بر این، هزینه هاردهای SSD به طور مستقیم با ظرفیت آنها متناسب است، در حالی که هزینه هارد دیسک های سنتی به تعداد صفحات بستگی دارد و با افزایش ظرفیت ذخیره سازی کندتر رشد می کند.

ویندوز مایکروسافت و کامپیوترهای این پلتفرم با درایوهای حالت جامد.

ویندوز 7 بهینه سازی های خاصی را برای کار با درایوهای حالت جامد معرفی می کند. با درایوهای SSD، این سیستم عامل با آنها متفاوت از HDD های معمولی کار می کند. به عنوان مثال، ویندوز 7 یکپارچه سازی را برای فناوری‌های SSD، Superfetch و ReadyBoost و سایر تکنیک‌های خواندن پیش‌خوان که سرعت بارگذاری برنامه‌ها را از HDD‌های معمولی افزایش می‌دهند، اعمال نمی‌کند.

نسخه های قبلی مایکروسافت ویندوز این بهینه سازی خاص را ندارند و فقط برای کار با هارد دیسک های معمولی طراحی شده اند. بنابراین، برای مثال، برخی از عملیات فایل های ویندوز ویستا، اگر غیرفعال شوند، می توانند عمر یک SSD را کاهش دهند. عملیات یکپارچه سازی باید غیرفعال شود، زیرا عملاً به هیچ وجه بر عملکرد رسانه SSD تأثیر نمی گذارد و فقط آن را فرسوده می کند.

در سال 2007، ایسوس نت بوک EEE PC 701 را با 4 گیگابایت SSD عرضه کرد. در 9 سپتامبر 2011، دل اولین مجموعه کامل لپ تاپ های Dell Precision با حافظه حالت جامد را در حجم 512 گیگابایت با یک درایو و 1 ترابایت با دو درایو به ترتیب برای مدل های کامپیوتری M4600 و M6600 معرفی کرد. سازنده قیمت یک درایو 512 گیگابایتی SATA3 را در زمان اعلام 1120 دلار تعیین کرد.

درایو SSD توسط تبلت های ایسر - مدل Iconia Tab W500 و W501، Fujitsu Stylistic Q550 با ویندوز 7 استفاده می شود.

کامپیوترهای Mac OS X و Macintosh با SSD

سیستم عامل Mac OS X از نسخه 10.7 (شیر) به طور کامل پشتیبانی TRIM را برای حافظه حالت جامد نصب شده در سیستم اجرا می کند.

از سال 2010، اپل کامپیوترهایی را در خط هوایی معرفی کرد که به طور کامل تنها به حافظه های حالت جامد مبتنی بر حافظه فلش NAND مجهز هستند. تا سال 2010، خریدار می توانست یک هارد دیسک معمولی را برای این کامپیوتر انتخاب کند، اما توسعه بیشتر خط به نفع حداکثر روشن شدن و کاهش کیس کامپیوترهای این سری، مستلزم رد کامل هارد دیسک های معمولی به نفع درایوهای حالت جامد بود. . مقدار حافظه موجود در رایانه های سری Air از 64 گیگابایت تا 512 گیگابایت متغیر است. به گفته J.P. مورگان از زمان معرفی تا کنون 420000 کامپیوتر NAND Flash تماماً جامد فروخته است.

3. درایوهای مغناطیسی و نوری

مطالعه مستقل.

هارد دیسک (HDD) \ HDD (Hard Disk Drive) \ هارد دیسک (حامل) یک شی مادی است که قادر به ذخیره اطلاعات است.

انباشته های اطلاعات را می توان بر اساس معیارهای زیر طبقه بندی کرد:

• روش ذخیره سازی اطلاعات: مگنتوالکتریک، نوری، مغناطیسی نوری؛
• نوع حامل اطلاعات: درایوهای فلاپی و دیسک های مغناطیسی سخت، دیسک های نوری و مغناطیسی نوری، نوار مغناطیسی، عناصر حافظه حالت جامد.
• روش سازماندهی دسترسی به اطلاعات - درایوهای دسترسی مستقیم، متوالی و بلوکی؛
• نوع دستگاه ذخیره سازی اطلاعات - داخلی (داخلی)، خارجی، مستقل، موبایل (پوشیدنی) و غیره.

بخش قابل توجهی از رسانه های ذخیره سازی اطلاعات که در حال حاضر استفاده می شود بر اساس رسانه های مغناطیسی است.

دستگاه هارد دیسک

هارد دیسک حاوی مجموعه ای از صفحات است که اغلب دیسک های فلزی هستند که با مواد مغناطیسی پوشانده شده اند - یک بشقاب (اکسید گاما فریت، فریت باریم، اکسید کروم ...) و با استفاده از یک دوک (شفت، محور) به هم متصل می شوند.
خود دیسک ها (تقریباً 2 میلی متر ضخامت) از آلومینیوم، برنج، سرامیک یا شیشه ساخته شده اند. (تصویر را ببینید)

هر دو سطح دیسک برای ضبط استفاده می شود. استفاده شده 4-9 بشقاب ها. شفت با سرعت ثابت بالا (3600-7200 دور در دقیقه) می چرخد.
چرخش دیسک ها و حرکت رادیکال سرها با استفاده از 2 انجام می شود موتورهای الکتریکی.
داده ها با استفاده نوشته یا خوانده می شوند سر نوشتن/خواندنبرای هر سطح دیسک یکی تعداد هدها برابر است با تعداد سطوح کار همه دیسک ها.

ضبط اطلاعات روی دیسک در مکان های کاملاً مشخص - متحدالمرکز انجام می شود آهنگ (آهنگ) . آهنگ ها به تقسیم می شوند بخش هایک بخش حاوی 512 بایت اطلاعات است.

تبادل داده بین RAM و NMD به صورت متوالی توسط یک عدد صحیح (خوشه ای) انجام می شود. خوشه- زنجیره های بخش های متوالی (1،2،3،4،…)

ویژه موتوربا استفاده از یک براکت، هد خواندن/نوشتن را روی یک مسیر معین قرار می دهد (آن را در جهت شعاعی حرکت می دهد).
هنگامی که دیسک چرخانده می شود، هد روی بخش مورد نظر قرار می گیرد. بدیهی است که همه هدها به طور همزمان حرکت می کنند و هدهای خواندنی به طور همزمان حرکت می کنند و اطلاعات را از مسیرهای یکسان در درایوهای مختلف از مسیرهای مشابه روی دیسک های مختلف می خوانند.

آهنگ های هارد دیسک با شماره دنباله یکسان در هارد دیسک های مختلف نامیده می شود سیلندر .
سرهای خواندن/نوشتن در امتداد سطح بشقاب حرکت می کنند. هرچه هد به سطح دیسک بدون لمس آن نزدیکتر باشد، تراکم ضبط مجاز بالاتر است.

دستگاه هارد دیسک

اصل مغناطیسی خواندن و نوشتن اطلاعات

اصل ضبط مغناطیسی

پایه های فیزیکی فرآیندهای ثبت و بازتولید اطلاعات در رسانه های مغناطیسی در آثار فیزیکدانان M. Faraday (1791 - 1867) و D. K. Maxwell (1831 - 1879) گذاشته شد.

در رسانه های ذخیره سازی مغناطیسی، ضبط دیجیتال بر روی یک ماده حساس به مغناطیسی انجام می شود. چنین موادی شامل برخی از انواع اکسیدهای آهن، نیکل، کبالت و ترکیبات آن، آلیاژها و همچنین مگنتوپلاست ها و مگنتوالاست ها با پلاستیک های چسبناک و لاستیک، مواد مغناطیسی میکروپودر می باشد.

ضخامت پوشش مغناطیسی چندین میکرومتر است. این پوشش روی یک پایه غیر مغناطیسی اعمال می‌شود که پلاستیک‌های مختلف برای نوارهای مغناطیسی و دیسک‌های فلاپی و آلیاژهای آلومینیوم و مواد زیرلایه کامپوزیت برای دیسک‌های سخت است. پوشش مغناطیسی دیسک دارای ساختار دامنه است، یعنی. از بسیاری از ذرات ریز مغناطیسی تشکیل شده است.

دامنه مغناطیسی (از لاتین dominium - مالکیت) - این یک ناحیه میکروسکوپی و یکنواخت مغناطیسی در نمونه های فرومغناطیسی است که با لایه های نازک انتقالی (دیواره های دامنه) از مناطق مجاور جدا شده است.

تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی، میدان های مغناطیسی ذاتی حوزه ها مطابق با جهت خطوط میدان مغناطیسی جهت گیری می شوند. پس از توقف عمل میدان خارجی، مناطق مغناطیسی باقیمانده در سطح دامنه تشکیل می شود. با توجه به این ویژگی، اطلاعات بر روی حامل مغناطیسی ذخیره می شود که در یک میدان مغناطیسی عمل می کند.

هنگام ثبت اطلاعات، یک میدان مغناطیسی خارجی با استفاده از یک سر مغناطیسی ایجاد می شود. در فرآیند خواندن اطلاعات، مناطق مغناطیسی باقیمانده، که در مقابل سر مغناطیسی قرار دارند، هنگام خواندن یک نیروی الکتروموتور (EMF) در آن القا می کنند.

طرح ضبط و خواندن از یک دیسک مغناطیسی در شکل 3.1 آورده شده است.تغییر جهت EMF در یک بازه زمانی معین با یک واحد باینری شناسایی می شود و عدم وجود این تغییر با صفر مشخص می شود. این دوره زمانی نامیده می شود عنصر بیت.

سطح یک حامل مغناطیسی به عنوان دنباله ای از موقعیت های نقطه چین در نظر گرفته می شود که هر کدام با کمی اطلاعات همراه است. از آنجایی که مکان این موقعیت ها به طور دقیق مشخص نشده است، ضبط نیاز به علامت های از قبل اعمال شده برای کمک به مکان یابی موقعیت های ضبط مورد نیاز دارد. برای اعمال چنین علامت های همگام سازی، دیسک باید به آهنگ ها تقسیم شود.
و بخش ها - قالب بندی .

سازماندهی دسترسی سریع به اطلاعات روی دیسک یک مرحله مهم در ذخیره سازی داده ها است. دسترسی آنلاین به هر قسمت از سطح دیسک، اولاً با چرخش سریع آن و ثانیاً با حرکت دادن سر خواندن/نوشتن مغناطیسی در امتداد شعاع دیسک فراهم می‌شود.
یک فلاپی دیسک با سرعت 300-360 دور در دقیقه و یک هارد دیسک - 3600-7200 دور در دقیقه می چرخد.

واحد منطقی هارد

دیسک مغناطیسی در ابتدا آماده کار نیست. برای آوردن آن به شرایط کاری، باید باشد قالب بندی شده است، یعنی ساختار دیسک باید ایجاد شود.

ساختار (نشانه گذاری) دیسک در طول فرآیند قالب بندی ایجاد می شود.

قالب بندی دیسک های مغناطیسی شامل 2 مرحله است:

1. قالب بندی فیزیکی (سطح پایین)
2. منطقی (سطح بالا).

در طول قالب بندی فیزیکی، سطح کار دیسک به مناطق جداگانه ای به نام تقسیم می شود بخش ها،که در امتداد دایره های متحدالمرکز - مسیرها قرار دارند.

علاوه بر این، بخش های نامناسب برای ضبط داده ها تعیین می شوند، آنها به عنوان علامت گذاری می شوند بدبه منظور اجتناب از استفاده از آنها هر بخش کوچکترین واحد داده روی یک دیسک است و آدرس خاص خود را برای دسترسی مستقیم به آن دارد. آدرس بخش شامل شماره جانبی دیسک، شماره تراک و شماره بخش در مسیر است. پارامترهای فیزیکی دیسک تنظیم شده است.

به عنوان یک قاعده، کاربر نیازی به پرداختن به قالب بندی فیزیکی ندارد، زیرا در بیشتر موارد هارد دیسک ها فرمت شده وارد می شوند. به طور کلی، این کار باید توسط یک مرکز خدمات تخصصی انجام شود.

قالب بندی سطح پایینباید در موارد زیر انجام شود:

• اگر در مسیر صفر خرابی وجود داشته باشد، هنگام بوت شدن از هارد دیسک مشکل ایجاد می کند، اما خود دیسک هنگام بوت شدن از فلاپی دیسک در دسترس است.
• اگر به حالت کار بازگردید، یک دیسک قدیمی، به عنوان مثال، از یک کامپیوتر خراب دوباره مرتب شده است.
• اگر معلوم شد که دیسک برای کار با سیستم عامل دیگری فرمت شده است.
• اگر دیسک به طور عادی کار نمی کند و همه روش های بازیابی نتایج مثبتی به همراه نداشت.

به خاطر داشته باشید که قالب بندی فیزیکی است عملیات بسیار قدرتمند- هنگام اجرا، داده های ذخیره شده روی دیسک به طور کامل پاک می شوند و بازیابی آنها کاملا غیرممکن خواهد بود! بنابراین قالب بندی سطح پایین را شروع نکنید مگر اینکه مطمئن باشید تمام اطلاعات مهم خود را روی هارد دیسک ذخیره کرده اید!

پس از انجام یک فرمت سطح پایین، مرحله بعدی دنبال می شود - ایجاد یک پارتیشن از هارد دیسک به یک یا چند درایوهای منطقی -بهترین راه برای مقابله با سردرگمی دایرکتوری ها و فایل های پراکنده در سراسر دیسک.

بدون افزودن هیچ عنصر سخت افزاری به سیستم خود، می توانید مانند چندین درایو با چندین بخش از یک هارد دیسک کار کنید.
این باعث افزایش ظرفیت دیسک نمی شود، اما می توانید سازماندهی آن را تا حد زیادی بهبود بخشید. علاوه بر این، درایوهای منطقی متفاوتی را می توان برای سیستم عامل های مختلف استفاده کرد.

در قالب بندی منطقی آماده سازی نهایی رسانه برای ذخیره سازی داده ها از طریق سازماندهی منطقی فضای دیسک صورت می گیرد.
دیسک برای نوشتن فایل ها در بخش هایی که با قالب بندی سطح پایین ایجاد شده اند آماده می شود.
پس از ایجاد جدول خرابی دیسک، مرحله بعدی به شرح زیر است - قالب بندی منطقی بخش های جداگانه تجزیه، که از این پس به عنوان دیسک های منطقی نامیده می شود.

درایو منطقی ناحیه خاصی از هارد دیسک است که مانند یک درایو جداگانه کار می کند.

قالب بندی منطقی فرآیندی بسیار ساده تر از قالب بندی سطح پایین است.
برای انجام این کار، از فلاپی دیسک حاوی ابزار FORMAT بوت شوید.
اگر چندین درایو منطقی دارید، آنها را یکی یکی فرمت کنید.

در طی فرآیند قالب بندی منطقی، دیسک تخصیص داده می شود منطقه سیستمکه از 3 قسمت تشکیل شده است:

• بخش بوت و جدول پارتیشن (رکورد بوت)
• جداول تخصیص فایل (FAT)، که تعداد تراک ها و بخش هایی را که فایل ها را ذخیره می کنند ثبت می کند
• دایرکتوری ریشه (Root Directory).

ثبت اطلاعات به صورت بخش هایی از طریق خوشه انجام می شود. نمی توان 2 فایل مختلف در یک کلاستر وجود داشته باشد.
علاوه بر این، در این مرحله می توان به دیسک یک نام داد.

یک هارد دیسک را می توان به چندین دیسک منطقی تقسیم کرد و بالعکس 2 هارد دیسک را می توان در یک دیسک منطقی ترکیب کرد.

توصیه می شود حداقل دو پارتیشن روی یک هارد دیسک (دو دیسک منطقی) ایجاد کنید: یکی از آنها برای سیستم عامل و نرم افزار رزرو شده است، دیسک دوم منحصراً برای داده های کاربر اختصاص داده شده است. بدین ترتیب داده ها و فایل های سیستمی جدا از یکدیگر ذخیره می شوند و در صورت خرابی سیستم عامل، احتمال ذخیره اطلاعات کاربر بسیار بیشتر است.

مشخصات هارد دیسک

هارد دیسک ها (دیسک های سخت) در ویژگی های زیر با یکدیگر متفاوت هستند:

1. ظرفیت
2. سرعت - زمان دسترسی به داده ها، سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات.
3. رابط (روش اتصال) - نوع کنترلی که هارد دیسک باید به آن متصل شود (اغلب IDE / EIDE و گزینه های مختلف SCSI).
4. ویژگی های دیگر

1. ظرفیت- مقدار اطلاعاتی که بر روی دیسک قرار می گیرد (تعیین شده توسط سطح فناوری ساخت).
امروزه ظرفیت 500 -2000 گیگابایت یا بیشتر است. هرگز فضای هارد دیسک کافی وجود ندارد.

2. سرعت کار (عملکرد)دیسک با دو نشانگر مشخص می شود: زمان دسترسی به دیسکو سرعت خواندن/نوشتن دیسک.

زمان دسترسی - زمان لازم برای جابجایی (موقعیت) هدهای خواندن/نوشتن به مسیر و بخش مورد نظر.
میانگین زمان دسترسی مشخصه بین دو مسیر به طور تصادفی انتخاب شده تقریباً 8-12 میلی ثانیه (میلی ثانیه) است، درایوهای سریعتر زمان 5-7 میلی ثانیه دارند.
زمان انتقال به مسیر مجاور (سیلندر مجاور) کمتر از 0.5 - 1.5ms است. همچنین چرخیدن به بخش مناسب زمان می برد.
کل زمان چرخش دیسک برای هارد دیسک‌های امروزی 8 تا 16 میلی‌ثانیه است، میانگین زمان انتظار برای یک بخش 3 تا 8 میلی‌ثانیه است.
هرچه زمان دسترسی کوتاهتر باشد، درایو سریعتر اجرا می شود.

سرعت خواندن/نوشتن(پهنای باند ورودی/خروجی) یا نرخ داده (انتقال)- زمان انتقال داده های متوالی نه تنها به دیسک، بلکه به کنترل کننده آن، انواع اتوبوس، سرعت پردازنده نیز بستگی دارد. سرعت دیسک های کند 1.5-3 مگابیت در ثانیه، برای دیسک های سریع 4-5 مگابیت در ثانیه، برای آخرین 20 مگابیت در ثانیه است.
هارد دیسک های دارای رابط SCSI از سرعت چرخش 10000 دور در دقیقه پشتیبانی می کنند. و میانگین زمان جستجو 5 میلی ثانیه، سرعت انتقال داده 40-80 مگابیت بر ثانیه.

3.استاندارد رابط هارد دیسک - یعنی نوع کنترلی که هارد دیسک باید به آن وصل شود. روی مادربرد قرار دارد.
سه رابط اتصال اصلی وجود دارد

1. IDE و انواع مختلف آن

IDE (Integrated Disk Electronics) یا (ATA) پیوست فناوری پیشرفته
مزایا - سادگی و کم هزینه

سرعت انتقال: 8.3، 16.7، 33.3، 66.6، 100 مگابیت بر ثانیه. با توسعه داده ها، رابط از گسترش لیست دستگاه ها پشتیبانی می کند: هارد دیسک، سوپر فلاپی، مغناطیسی اپتیک،
NML، CD-ROM، CD-R، DVD-ROM، LS-120، ZIP.

برخی از عناصر موازی سازی (جنگ و قطع / وصل مجدد)، کنترل یکپارچگی داده ها در حین انتقال معرفی شده اند. نقطه ضعف اصلی IDE تعداد کمی دستگاه متصل است (بیش از 4 دستگاه) که به وضوح برای یک رایانه شخصی رده بالا کافی نیست.
امروزه رابط های IDE به پروتکل های مبادله Ultra ATA تغییر کرده اند. توان عملیاتی خود را به میزان قابل توجهی افزایش دهید
حالت 4 و DMA (دسترسی مستقیم به حافظه) حالت 2 به شما امکان می دهد داده ها را با سرعت 16.6 مگابیت بر ثانیه انتقال دهید، با این حال، سرعت انتقال داده واقعی بسیار کمتر خواهد بود.
استانداردهای Ultra DMA/33 و Ultra DMA/66 در بهمن 98 توسعه یافتند. توسط Quantum دارای 3 حالت عملیاتی 0،1،2 و 4 است، در حالت دوم، رسانه از
سرعت انتقال 33 مگابیت بر ثانیه (حالت 2 Ultra DMA/33) این سرعت بالا را فقط می توان با تبادل با بافر ذخیره سازی به دست آورد. به منظور استفاده از
استانداردهای Ultra DMA باید 2 شرط را رعایت کنند:

1. پشتیبانی سخت افزاری روی مادربرد (چیپست) و در کنار خود درایو.

2. برای پشتیبانی از حالت Ultra DMA، مانند سایر DMA (حافظه مستقیم دسترسی - دسترسی مستقیم به حافظه).

نیاز به درایور ویژه برای چیپست های مختلف متفاوت است. به عنوان یک قاعده، آنها با برد سیستم همراه هستند، در صورت لزوم، می توان آن را "دانلود کرد"
از اینترنت از وب سایت سازنده مادربرد.

استاندارد Ultra DMA با کنترلرهای کندتر قبلی سازگار است.
نسخه امروز: Ultra DMA/100 (اواخر 2000) و Ultra DMA/133 (2001).

SATA
جایگزینی IDE (ATA) با یک گذرگاه سریال پرسرعت دیگر Fireware (IEEE-1394). استفاده از فناوری جدید امکان افزایش سرعت انتقال تا 100 مگابیت بر ثانیه را فراهم می کند.
قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد ، این به شما امکان می دهد دستگاه ها را بدون استفاده از رایانه شخصی نصب کنید ، که در رابط ATA کاملاً غیرممکن است.

SCSI (رابط سیستم کامپیوتری کوچک)- دستگاه ها 2 برابر گران تر از دستگاه های معمولی هستند، آنها به یک کنترل کننده خاص روی مادربرد نیاز دارند.
برای سرورها، سیستم های انتشاراتی، CAD استفاده می شود. ارائه عملکرد بالاتر (سرعت تا 160 مگابیت بر ثانیه)، طیف گسترده ای از دستگاه های ذخیره سازی متصل.
کنترلر SCSI باید با درایو مناسب خریداری شود.

مزیت SCSI نسبت به IDE - انعطاف پذیری و عملکرد.
انعطاف پذیری در تعداد زیادی دستگاه متصل (7-15) و برای IDE (حداکثر 4)، طول کابل بیشتر است.
عملکرد - سرعت انتقال بالا و توانایی پردازش چندین تراکنش به طور همزمان.

1. Ultra SCSI 2/3 (Fast-20) تا 40 مگابیت بر ثانیه

2. یکی دیگر از فناوری های رابط SCSI به نام Fiber Channel Arbitrated Loop (FC-AL) به شما امکان می دهد تا 100Mbps را متصل کنید، طول کابل تا 30 متر است. فناوری FC-AL به شما امکان می دهد اتصال "داغ" را انجام دهید، یعنی. در حال حرکت، دارای خطوط اضافی برای کنترل و تصحیح خطا است (فناوری گران تر از SCSI معمولی است).

4. سایر ویژگی های هارد دیسک های مدرن

تنوع بسیار زیاد مدل هارد دیسک، انتخاب مناسب را دشوار می کند.
علاوه بر ظرفیت مورد نیاز، عملکرد نیز بسیار مهم است که عمدتاً با ویژگی های فیزیکی آن تعیین می شود.
چنین ویژگی هایی عبارتند از میانگین زمان جستجو، سرعت چرخش، نرخ انتقال داخلی و خارجی، اندازه حافظه کش.

4.1 میانگین زمان جستجو

هارد دیسک مدتی را صرف می کند تا سر مغناطیسی موقعیت فعلی را به موقعیت جدیدی منتقل کند، که برای خواندن اطلاعات بعدی لازم است.
در هر موقعیت خاص، بسته به فاصله ای که سر باید حرکت کند، این زمان متفاوت است. معمولاً فقط مقادیر متوسط ​​در مشخصات داده می‌شود و الگوریتم‌های میانگین‌گیری که توسط شرکت‌های مختلف استفاده می‌شود به طور کلی متفاوت است، بنابراین مقایسه مستقیم دشوار است.

به عنوان مثال، فوجیتسو، وسترن دیجیتال از تمام جفت های ممکن عبور می کنند، Maxtor و Quantum از روش دسترسی تصادفی استفاده می کنند. نتیجه به دست آمده را می توان بیشتر تنظیم کرد.

ارزش زمان جستجو برای نوشتن اغلب کمی بیشتر از خواندن است. برخی از تولید کنندگان فقط مقدار کمتری (برای خواندن) در مشخصات خود می دهند. در هر صورت، علاوه بر مقادیر متوسط، در نظر گرفتن حداکثر (از طریق کل دیسک) مفید است.
و حداقل (یعنی از مسیر به مسیر) به دنبال زمان هستند.

4.2 سرعت چرخش

از نقطه نظر سرعت دسترسی به قطعه مورد نظر از رکورد، سرعت چرخش بر مقدار به اصطلاح زمان پنهان تأثیر می گذارد که برای چرخش دیسک به هد مغناطیسی با سکتور مورد نظر ضروری است.

مقدار متوسط ​​این زمان مربوط به نیم دور دیسک است و 8.33 ms در 3600 دور در دقیقه، 6.67 ms در 4500 دور در دقیقه، 5.56 میلی ثانیه در 5400 دور در دقیقه، 4.17 میلی ثانیه در 7200 دور در دقیقه است.

مقدار زمان پنهان با میانگین زمان جستجو قابل مقایسه است، بنابراین در برخی از حالت‌ها می‌تواند تأثیر عملکرد یکسان، اگر نه بیشتر، داشته باشد.

4.3 نرخ باود داخلی

سرعتی که داده ها روی دیسک نوشته یا از روی آن خوانده می شوند. به دلیل ضبط منطقه، مقدار متغیری دارد - در مسیرهای بیرونی بالاتر و در مسیرهای داخلی کمتر است.
هنگام کار با فایل های طولانی، در بسیاری از موارد این پارامتر است که سرعت انتقال را محدود می کند.

4.4 نرخ باود خارجی

- سرعت (پیک) که با آن داده ها از طریق رابط منتقل می شود.

این بستگی به نوع رابط دارد و اغلب دارای مقادیر ثابت است: 8.3; 11.1; 16.7 مگابیت بر ثانیه برای IDE پیشرفته (PIO Mode2, 3, 4)؛ 33.3 66.6 100 برای Ultra DMA; 5، 10، 20، 40، 80، 160 مگابیت بر ثانیه برای SCSI همزمان، Fast SCSI-2، FastWide SCSI-2 Ultra SCSI (16 بیت) به ترتیب.

4.5 وجود هارد دیسک از حافظه کش آن و اندازه آن (بافر دیسک).

حجم و سازماندهی حافظه کش (بافر داخلی) می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد هارد دیسک تأثیر بگذارد. درست مانند حافظه نهان معمولی،
افزایش بهره وری پس از رسیدن به حجم معین به شدت کاهش می یابد.

کش تقسیم‌بندی شده بزرگ برای درایوهای SCSI با کارایی بالا که در محیط‌های چند وظیفه‌ای استفاده می‌شوند، مرتبط است. هرچه حافظه نهان بیشتر باشد، سرعت هارد دیسک بیشتر می شود (128-256 کیلوبایت).

جداسازی تأثیر هر یک از پارامترها بر عملکرد کلی بسیار دشوار است.

الزامات هارد دیسک

نیاز اصلی دیسک ها این است که قابلیت اطمینان عملکرد با عمر طولانی قطعات 5-7 سال تضمین شود. آمار خوب، یعنی:

• میانگین زمان بین خرابی ها کمتر از 500 هزار ساعت نیست (بالاترین کلاس 1 میلیون ساعت یا بیشتر است.)
• سیستم داخلی نظارت فعال وضعیت گره های دیسک فناوری تحلیل و گزارش SMART/Self Monitoring.

فن آوری هوشمندانه. (تکنولوژی تجزیه و تحلیل و گزارش خود نظارتی)یک استاندارد صنعتی باز است که در یک زمان توسط Compaq، IBM و تعدادی دیگر از تولید کنندگان هارد دیسک توسعه یافته است.

معنای این فناوری در خود تشخیص داخلی هارد دیسک نهفته است، که به شما امکان می دهد وضعیت فعلی آن را ارزیابی کنید و در مورد مشکلات احتمالی آینده که می تواند منجر به از دست دادن اطلاعات یا خرابی درایو شود، اطلاع دهید.

وضعیت تمام عناصر حیاتی دیسک به طور مداوم کنترل می شود:
سرها، سطوح کار، یک موتور الکتریکی با یک دوک، یک واحد الکترونیکی. به عنوان مثال، اگر تضعیف سیگنال تشخیص داده شود، اطلاعات بازنویسی شده و مشاهده بیشتر انجام می شود.
اگر سیگنال دوباره ضعیف شود، داده ها به مکان دیگری منتقل می شوند و این خوشه به عنوان معیوب و غیرقابل دسترسی قرار می گیرد و به جای آن خوشه دیگری از ذخیره دیسک در دسترس قرار می گیرد.

هنگام کار با هارد دیسک، باید رژیم دمایی که درایو در آن کار می کند را رعایت کنید. تولید کنندگان عملکرد بدون مشکل هارد دیسک را در دمای محیط خود در محدوده 0 تا 50 درجه سانتیگراد تضمین می کنند، اگرچه در اصل، بدون عواقب جدی، می توانید مرزها را حداقل 10 درجه در هر دو جهت تغییر دهید.
با انحرافات زیاد دما، ممکن است شکاف هوا با ضخامت مورد نیاز ایجاد نشود که منجر به آسیب به لایه مغناطیسی می شود.

به طور کلی، تولید کنندگان HDD توجه زیادی به قابلیت اطمینان محصولات خود دارند.

مشکل اصلی ورود ذرات خارجی به دیسک است.

برای مقایسه: یک ذره دود تنباکو دو برابر فاصله بین سطح و سر است، ضخامت موی انسان 5-10 برابر بیشتر است.
برای سر، ملاقات با چنین اشیایی منجر به ضربه شدید و در نتیجه آسیب جزئی یا شکست کامل می شود.
از نظر ظاهری، این امر به دلیل ظهور تعداد زیادی از خوشه‌های غیرقابل استفاده منظم قابل توجه است.

شتاب‌های بزرگ کوتاه‌مدت (اضافه بار) که در هنگام ضربه، سقوط و غیره اتفاق می‌افتد، خطرناک هستند. به عنوان مثال، از یک ضربه، سر به شدت به مغناطیسی برخورد می کند
لایه و باعث تخریب آن در محل مربوطه می شود. یا برعکس ابتدا در جهت مخالف حرکت می کند و سپس تحت تأثیر نیروی کشسانی مانند فنر به سطح برخورد می کند.
در نتیجه ذرات پوشش مغناطیسی در بدنه ظاهر می شوند که دوباره می تواند به سر آسیب برساند.

شما نباید فکر کنید که تحت عمل نیروی گریز از مرکز آنها از دیسک دور می شوند - لایه مغناطیسی
آنها را محکم به داخل می کشاند. در اصل، عواقب آن خود ضربه نیست (شما می توانید به نوعی با از دست دادن تعداد معینی از خوشه ها کنار بیایید)، بلکه این واقعیت است که در این حالت ذرات تشکیل می شوند که مطمئنا باعث آسیب بیشتر به دیسک می شود.

برای جلوگیری از چنین موارد بسیار ناخوشایندی، شرکت های مختلف به انواع ترفندها متوسل می شوند. علاوه بر افزایش ساده استحکام مکانیکی اجزای دیسک، از فناوری هوشمند S.M.A.R.T نیز استفاده می شود که قابلیت اطمینان ضبط و ایمنی داده ها را روی رسانه نظارت می کند (به بالا مراجعه کنید).

در واقع، دیسک همیشه با ظرفیت کامل خود فرمت نمی شود، مقداری حاشیه وجود دارد. این عمدتاً به این دلیل است که عملاً ساخت یک حامل غیرممکن است
که در آن کاملاً کل سطح از کیفیت بالایی برخوردار باشد ، قطعاً خوشه های بد (معیب) وجود خواهد داشت. هنگام قالب بندی سطح پایین یک دیسک، قطعات الکترونیکی آن به گونه ای پیکربندی می شوند که
به طوری که این مناطق شکست خورده را دور می زند و برای کاربر کاملاً نامرئی است که رسانه دارای نقص است. اما اگر قابل مشاهده باشند (مثلاً پس از قالب بندی
ابزار شماره آنها را غیر از صفر نشان می دهد)، پس این در حال حاضر بسیار بد است.

اگر گارانتی منقضی نشده است (و به نظر من بهتر است یک هارد دیسک با گارانتی بخرید)، فوراً درایو را به فروشنده ببرید و یک رسانه جایگزین یا بازپرداخت درخواست کنید.
البته فروشنده بلافاصله شروع به گفتن می کند که چند بخش بد هنوز دلیلی برای نگرانی نیست، اما او را باور نکنید. همانطور که قبلاً ذکر شد ، این زوج به احتمال زیاد باعث بسیاری دیگر می شوند و متعاقباً خرابی کامل هارد دیسک به طور کلی امکان پذیر است.

دیسک مخصوصاً در شرایط کار به آسیب‌دیدگی حساس است، بنابراین نباید کامپیوتر را در مکانی قرار دهید که در معرض ضربه‌ها، لرزش‌ها و غیره باشد.

آماده سازی هارد برای کار

بیایید از همان ابتدا شروع کنیم. بیایید فرض کنیم که یک هارد دیسک و یک کابل به آن را جداگانه از کامپیوتر خریداری کرده اید.
(واقعیت این است که هنگام خرید یک کامپیوتر مونتاژ شده، یک دیسک آماده برای استفاده دریافت خواهید کرد).

چند کلمه در مورد رسیدگی به آن. هارد دیسک محصولی بسیار پیچیده است که علاوه بر الکترونیک، مکانیک دقیق نیز دارد.
بنابراین، نیاز به رسیدگی دقیق دارد - شوک، افت و لرزش قوی می تواند به قسمت مکانیکی آن آسیب برساند. به عنوان یک قاعده، صفحه درایو حاوی بسیاری از عناصر کوچک است و با پوشش های قوی بسته نمی شود. به همین دلیل باید مراقب ایمنی آن باشید.
اولین کاری که هنگام دریافت هارد دیسک باید انجام دهید این است که اسناد همراه آن را بخوانید - مطمئناً حاوی اطلاعات مفید و جالب زیادی است. در انجام این کار باید به نکات زیر توجه کنید:

• وجود و گزینه هایی برای تنظیم جامپرهایی که تنظیم (نصب) دیسک را تعیین می کنند، به عنوان مثال، تعریف پارامتری به عنوان نام فیزیکی دیسک (ممکن است باشند، اما ممکن است نباشند)،
• تعداد هدها، سیلندرها، بخش های روی دیسک، سطح پیش جبرانی و همچنین نوع دیسک. این داده ها باید در پاسخ به درخواستی از برنامه راه اندازی کامپیوتر (تنظیم) وارد شوند.
  تمام این اطلاعات هنگام قالب بندی دیسک و آماده سازی دستگاه برای کار با آن مورد نیاز خواهد بود.
• اگر رایانه شخصی پارامترهای هارد دیسک شما را تعیین نکند، نصب درایوی که هیچ سندی برای آن وجود ندارد به یک مشکل بزرگ تبدیل می شود.
  در اکثر دیسک‌های سخت، می‌توانید برچسب‌هایی با نام سازنده، نوع (برند) دستگاه و همچنین جدولی از تراک‌هایی که استفاده از آنها مجاز نیست، پیدا کنید.
  علاوه بر این، درایو ممکن است حاوی اطلاعاتی در مورد تعداد هدها، سیلندرها و بخش ها و سطح پیش جبران باشد.

انصافاً باید گفت که اغلب فقط نام آن روی دیسک نوشته می شود. اما حتی در این مورد، می توانید اطلاعات مورد نیاز را یا در دایرکتوری پیدا کنید،
یا از طریق تماس با نماینده شرکت. دریافت پاسخ به سه سوال مهم است:

• برای استفاده از درایو به عنوان master/slave، جامپرها چگونه باید تنظیم شوند؟
• چند سیلندر، هد، بخش در هر مسیر، مقدار پیش جبران چقدر است؟
• کدام نوع دیسک از ROM BIOS برای این درایو مناسب است؟

با این اطلاعات می توانید اقدام به نصب هارد دیسک کنید.

برای نصب هارد درایو در رایانه خود، موارد زیر را انجام دهید:

1. کل واحد سیستم را از منبع تغذیه جدا کنید، پوشش را بردارید.
2. کابل هارد را به کنترلر مادربرد وصل کنید. در صورت نصب درایو دوم، در صورت داشتن کانکتور اضافی، می توانید از کابل اول استفاده کنید، اما باید به یاد داشته باشید که سرعت هارد دیسک های مختلف به کندی مقایسه می شود.
3. در صورت لزوم، جامپرها را با توجه به نحوه استفاده از هارد دیسک تغییر دهید.
4. درایو را در فضای خالی نصب کنید و کابل را از کنترلر روی برد به کانکتور هارد با نوار قرمز به منبع تغذیه، کابل منبع تغذیه وصل کنید.
5. هارد دیسک را با چهار پیچ در دو طرف محکم ببندید، کابل ها را به طور منظم / کم در داخل کامپیوتر قرار دهید تا هنگام بستن درب، آنها را برش ندهید.
6. بلوک سیستم را ببندید.
7. اگر رایانه شخصی دیسک سخت را شناسایی نکرد، پیکربندی رایانه را با استفاده از «Setup» تغییر دهید تا رایانه بداند که دستگاه جدیدی به آن اضافه شده است.

تولید کنندگان هارد دیسک

هارد دیسک های با ظرفیت یکسان (اما از سازندگان مختلف) معمولاً ویژگی های کم و بیش مشابهی دارند و تفاوت ها عمدتاً در طراحی کیس، فرم فاکتور (به عبارت دیگر ابعاد) و مدت گارانتی بیان می شود. علاوه بر این، دومی باید به طور خاص ذکر شود: هزینه اطلاعات در یک هارد دیسک مدرن اغلب چندین برابر بیشتر از قیمت خود است.

اگر درایو شما از کار بیفتد، تلاش برای تعمیر آن اغلب به معنای قرار دادن اطلاعات شما در معرض خطر اضافی است.
یک راه بسیار منطقی تر این است که دستگاه خراب را با یک دستگاه جدید جایگزین کنید.
سهم شیر هارد دیسک ها در بازار روسیه (و نه تنها) را محصولاتی از IBM، Maxtor، Fujitsu، Western Digital (WD)، Seagate، Quantum تشکیل می دهند.

نام سازنده ای که این نوع درایو را تولید می کند،

شرکت کوانتوم (www. quantum. com.)، که در سال 1980 تاسیس شد، یکی از کهنه کارها در بازار ذخیره سازی دیسک است. این شرکت به دلیل راه‌حل‌های فنی نوآورانه‌اش با هدف بهبود قابلیت اطمینان و عملکرد دیسک‌های سخت، زمان دسترسی به دیسک و سرعت خواندن/نوشتن دیسک، توانایی اطلاع‌رسانی در مورد مشکلات احتمالی آینده که می‌تواند منجر به از دست دادن اطلاعات یا خرابی درایو شود، شناخته شده است.

- یکی از فناوری های اختصاصی کوانتوم SPS (Shock Protection System) است که برای محافظت از دیسک در برابر ضربه طراحی شده است.

- یک برنامه داخلی DPS (سیستم حفاظت از داده) که برای صرفه جویی در گرانترین - داده های ذخیره شده روی آنها طراحی شده است.

شرکت وسترن دیجیتال (www.wdс.com.)همچنین یکی از قدیمی‌ترین شرکت‌های تولید دیسک درایو است که فراز و نشیب‌های خود را در تاریخ خود شناخته است.
این شرکت اخیراً توانسته جدیدترین فناوری ها را در درایوهای خود وارد کند. در میان آنها، شایان ذکر است که توسعه خودمان - فناوری Data Lifeguard، که توسعه بیشتر S.M.A.R.T است. تلاش می کند تا زنجیره را به طور منطقی کامل کند.

طبق این فناوری، سطح دیسک در مدت زمانی که سیستم از آن استفاده نمی کند، به طور مرتب اسکن می شود. داده ها را می خواند و صحت آن را بررسی می کند. اگر در فرآیند دسترسی به یک بخش مشکلاتی ذکر شود، داده ها به بخش دیگری منتقل می شوند.
اطلاعات مربوط به بخش های با کیفیت پایین در لیست نقص داخلی ثبت می شود، که این امکان را فراهم می کند که در آینده از نوشتن در بخش های بد جلوگیری شود.

شرکت سیگیت (www.seagate.com)در بازار ما بسیار معروف است. در ضمن، من هارد دیسک های این شرکت خاص را توصیه می کنم، زیرا آنها قابل اعتماد و بادوام هستند.

در سال 1998، او با انتشار مجموعه دیسک مدالیست پرو، بازگشتی جدید داشت.
با سرعت چرخش 7200 دور در دقیقه با استفاده از یاتاقان های مخصوص این کار. قبلاً از این سرعت فقط در درایوهای رابط SCSI استفاده می شد که باعث افزایش کارایی می شد. همین سری از فناوری SeaShield System استفاده می کند که برای بهبود محافظت از دیسک و داده های ذخیره شده روی آن در برابر اثرات الکترواستاتیک و شوک طراحی شده است. در عین حال، اثر تابش الکترومغناطیسی نیز کاهش می یابد.

تمامی دیسک های تولید شده از S.M.A.R.T پشتیبانی می کنند.
درایوهای جدید سیگیت شامل یک نسخه بهبود یافته از سیستم SeaShield آن با ویژگی های بیشتر است.
به طور قابل توجهی، سیگیت ادعا کرد که بالاترین مقاومت در برابر ضربه صنعت در سری به روز شده - 300G در شرایط غیرعملیاتی را دارد.

شرکت IBM (www.storage.ibm.com)اگرچه تا همین اواخر یک تامین کننده اصلی در بازار هارد دیسک روسیه نبود، اما به سرعت به دلیل هارد دیسک های سریع و قابل اعتماد خود شهرت خوبی به دست آورد.

شرکت فوجیتسو (www.fujitsu.com)تولید کننده بزرگ و با تجربه درایوهای دیسک، نه تنها مغناطیسی، بلکه نوری و مغناطیسی نوری نیز می باشد.
درست است، این شرکت به هیچ وجه در بازار هارد دیسک های دارای رابط IDE پیشرو نیست: حدود 4٪ از این بازار را کنترل می کند (طبق مطالعات مختلف) و منافع اصلی آن در زمینه دستگاه های SCSI نهفته است.

فرهنگ لغت اصطلاحات

از آنجایی که برخی از عناصر درایو که نقش مهمی در عملکرد آن دارند، اغلب به عنوان مفاهیم انتزاعی درک می شوند، در ادامه مهمترین اصطلاحات را توضیح می دهیم.

زمان دسترسیمدت زمانی است که هارد دیسک برای جستجو و انتقال داده ها به یا از حافظه نیاز دارد.
عملکرد درایوهای دیسک سخت اغلب با زمان دسترسی (واکشی) تعیین می شود.

خوشه (Сluster)- کوچکترین واحد فضایی که سیستم عامل با آن در جدول مکان فایل کار می کند. معمولاً یک خوشه از 2-4-8 یا چند بخش تشکیل شده است.
تعداد سکتورها به نوع دیسک بستگی دارد. جستجوی خوشه‌ها به جای بخش‌های جداگانه، سربار سیستم‌عامل را در طول زمان کاهش می‌دهد. خوشه های بزرگ عملکرد سریع تری را ارائه می دهند
درایو، از آنجایی که تعداد خوشه ها در این مورد کمتر است، اما از فضای (فضا) روی دیسک بدتر استفاده می شود، زیرا ممکن است بسیاری از فایل ها کوچکتر از خوشه باشند و از بایت های باقی مانده از خوشه استفاده نشود.

کنترلر (CU) (کنترل کننده)- مدارهایی که معمولاً روی یک برد توسعه قرار دارند و عملکرد یک هارد دیسک را کنترل می کنند، از جمله حرکت دادن هد و خواندن و نوشتن داده ها.

سیلندر (Сylinder)- آهنگ ها در مقابل یکدیگر در همه طرف های همه دیسک ها قرار دارند.

سر درایو- مکانیزمی که در امتداد سطح هارد دیسک حرکت می کند و ضبط الکترومغناطیسی یا خواندن داده ها را فراهم می کند.

جدول تخصیص فایل (FAT)- یک رکورد ایجاد شده توسط سیستم عامل که موقعیت هر فایل را روی دیسک و بخش هایی که استفاده می شوند و نوشتن داده های جدید بر روی آنها رایگان هستند را پیگیری می کند.

شکاف سرفاصله بین سر درایو و سطح دیسک است.

در میان بگذارید- رابطه بین سرعت چرخش دیسک و سازماندهی بخش های روی دیسک. به طور معمول، سرعت چرخش دیسک از توانایی کامپیوتر برای دریافت اطلاعات از دیسک بیشتر است. تا زمانی که کنترلر داده ها را می خواند، بخش سریال بعدی از قبل عبور کرده است. بنابراین، داده ها از طریق یک یا دو بخش روی دیسک نوشته می شوند. با کمک نرم افزار مخصوص، هنگام فرمت کردن دیسک، می توانید ترتیب خط کشی را تغییر دهید.

درایو منطقی- قسمت های خاصی از سطح کار هارد دیسک که به عنوان درایوهای جداگانه در نظر گرفته می شوند.
برخی از درایوهای منطقی را می توان برای سیستم عامل های دیگر مانند یونیکس استفاده کرد.

توقفگاه خودرو- هدهای درایو را به یک نقطه معین منتقل کرده و آنها را در حالت ثابت بر روی قسمت‌های بلااستفاده دیسک ثابت کنید تا در هنگام لرزش درایو هنگام برخورد هدها به سطح دیسک، آسیب به حداقل برسد.

پارتیشن بندی– عملیات تقسیم هارد دیسک به دیسک های منطقی. همه دیسک ها پارتیشن بندی شده اند، اگرچه دیسک های کوچک ممکن است فقط یک پارتیشن داشته باشند.

دیسک (پلاتر)- خود دیسک فلزی، پوشیده از یک ماده مغناطیسی، که داده ها روی آن نوشته شده است. یک هارد دیسک معمولا بیش از یک درایو دارد.

RLL (محدود به طول اجرا)یک طرح رمزگذاری که توسط برخی کنترل‌کننده‌ها برای افزایش تعداد بخش‌ها در هر مسیر برای گنجاندن داده‌های بیشتر استفاده می‌شود.

بخش- تقسیم تراک های دیسک که واحد اصلی اندازه مورد استفاده درایو است. بخش های سیستم عامل معمولاً 512 بایت هستند.

زمان تعیین موقعیت (زمان جستجو)- زمان لازم برای حرکت هد از مسیری که روی آن نصب شده است به مسیر دلخواه دیگر.

آهنگ (آهنگ)- تقسیم متحدالمرکز دیسک. آهنگ ها مانند آهنگ های روی یک رکورد هستند. بر خلاف آهنگ های روی یک رکورد، که یک مارپیچ پیوسته هستند، آهنگ های روی دیسک دایره ای هستند. آهنگ ها به نوبه خود به خوشه ها و بخش ها تقسیم می شوند.

زمان جستجوی مسیر به مسیر- زمان مورد نیاز برای انتقال سر درایو به مسیر مجاور.

نرخ انتقال- مقدار اطلاعات ارسال شده بین دیسک و کامپیوتر در واحد زمان. همچنین شامل زمان جستجوی آهنگ نیز می شود.

یک هارد دیسک مدرن (HDD) در داخل چگونه به نظر می رسد؟ چگونه آن را جدا کنیم؟ نام قطعات چیست و در مکانیزم ذخیره سازی اطلاعات عمومی چه وظایفی را انجام می دهند؟ پاسخ به این سؤالات و سؤالات دیگر را می توانید در زیر مشاهده کنید. علاوه بر این، ما رابطه بین اصطلاحات روسی و انگلیسی را که اجزای هارد دیسک را توصیف می کنند نشان خواهیم داد.

برای وضوح، بیایید نگاهی به درایو 3.5 اینچی SATA بیندازیم. این یک ترابایت کاملاً جدید Seagate ST31000333AS خواهد بود. بیایید خوکچه هندی خود را بررسی کنیم.

صفحه پیچ سبز رنگ با الگوی مسیر قابل مشاهده، برق و کانکتورهای SATA، برد الکترونیک یا برد کنترل (Printed Circuit Board, PCB) نامیده می شود. عملکردهای کنترل الکترونیکی هارد دیسک را انجام می دهد. کار آن را می‌توان با قرار دادن داده‌های دیجیتال در چاپ‌های مغناطیسی و بازشناسی آن در صورت تقاضا مقایسه کرد. به عنوان مثال، به عنوان یک کارمند سخت کوش با متون روی کاغذ. قاب آلومینیومی مشکی و محتویات آن HDA (هد و دیسک مونتاژ، HDA) نامیده می شود. در بین متخصصان، مرسوم است که آن را "بانک" می نامند. بدنه بدون محتویات را HDA (پایه) نیز می‌گویند.

حالا بیایید برد مدار چاپی را برداریم (به یک پیچ گوشتی ستاره T-6 نیاز دارید) و اجزای قرار گرفته روی آن را بررسی کنیم.

اولین چیزی که توجه شما را جلب می کند یک تراشه بزرگ است که در وسط قرار دارد - سیستم روی تراشه (System On Chip، SOC). دارای دو جزء اصلی است:

1. واحد پردازش مرکزی که تمامی محاسبات را انجام می دهد (Central Processor Unit, CPU). این پردازنده دارای پورت های ورودی-خروجی (پورت های IO) برای کنترل سایر اجزای واقع بر روی برد مدار چاپی و انتقال داده ها از طریق رابط SATA است.
2. کانال خواندن/نوشتن دستگاهی است که سیگنال آنالوگ دریافتی از هدها را در حین عملیات خواندن به داده های دیجیتال تبدیل می کند و در طول عملیات نوشتن، داده های دیجیتال را به سیگنال آنالوگ رمزگذاری می کند. همچنین موقعیت سرها را کنترل می کند. به عبارت دیگر هنگام نوشتن تصاویر مغناطیسی ایجاد می کند و هنگام خواندن آنها را تشخیص می دهد.

تراشه حافظه یک حافظه DDR SDRAM معمولی است. مقدار حافظه، اندازه کش هارد دیسک را تعیین می کند. این برد مدار دارای 32 مگابایت حافظه DDR سامسونگ است که در تئوری به درایو 32 مگابایت کش می دهد (و این دقیقاً همان مقداری است که در مشخصات هارد دیسک ذکر شده است) اما این کاملاً درست نیست. واقعیت این است که حافظه به طور منطقی به حافظه بافر (حافظه کش) و حافظه سیستم عامل (سیرم افزار) تقسیم می شود. پردازنده برای بارگذاری ماژول های سیستم عامل به مقداری حافظه نیاز دارد. تا آنجا که مشخص است، تنها سازنده HGST مقدار واقعی حافظه پنهان را در برگه مشخصات فهرست می کند. در مورد بقیه دیسک‌ها، ما فقط می‌توانیم اندازه واقعی حافظه پنهان را حدس بزنیم. در مشخصات ATA، کامپایلرها محدودیت تعیین شده در نسخه های قبلی را که برابر با 16 مگابایت بود، گسترش ندادند. بنابراین برنامه ها نمی توانند بیشتر از حداکثر حجم نمایش داده شوند.

تراشه بعدی یک موتور اسپیندل و کنترلر سیم پیچ صوتی است که یونیت سر را حرکت می دهد (کنترل کننده موتور کویل صوتی و کنترل کننده موتور اسپیندل، کنترل کننده VCM & SM). در اصطلاح متخصصان، این یک "پیچش" است. علاوه بر این، این تراشه منابع تغذیه ثانویه قرار گرفته بر روی برد را کنترل می کند که از آن پردازنده و تراشه پیش تقویت کننده-سوئیچینگ (پیش تقویت کننده، پری آمپلی فایر) واقع در HDA تغذیه می شود. این مصرف کننده اصلی انرژی روی برد مدار چاپی است. چرخش دوک و حرکت سرها را کنترل می کند. همچنین با قطع برق، موتور توقف را به حالت تولید سوئیچ می کند و انرژی دریافتی را برای پارک صاف سرهای مغناطیسی به سیم پیچ صوتی می رساند. هسته کنترلر VCM می تواند حتی در 100 درجه سانتیگراد کار کند.

بخشی از برنامه کنترل (سیستم افزار) دیسک در حافظه فلش ذخیره می شود (در شکل مشخص شده است: Flash). هنگامی که برق به دیسک اعمال می شود، میکروکنترلر ابتدا یک رام بوت کوچک را در داخل خود بارگذاری می کند و سپس محتویات تراشه فلش را در حافظه بازنویسی می کند و شروع به اجرای کد از رم می کند. بدون کد صحیح بارگذاری شده، درایو حتی نمی خواهد موتور را روشن کند. اگر تراشه فلش روی برد نباشد، در میکروکنترلر تعبیه شده است. در درایوهای مدرن (جایی از سال 2004 و جدیدتر، اما هارد دیسک های سامسونگ با برچسب های سیگیت استثنا هستند)، فلش مموری حاوی جداول با مکانیک و کدهای تنظیمات هد است که برای این HDA منحصر به فرد است و مناسب دیگری نیست. بنابراین، عملیات "کنترل کننده انتقال" همیشه یا با این واقعیت به پایان می رسد که دیسک "در BIOS شناسایی نشده است" یا با نام داخلی کارخانه تعیین می شود، اما هنوز به داده ها دسترسی نمی دهد. برای درایو Seagate 7200.11 مورد بررسی، از دست دادن محتویات اصلی فلش مموری منجر به از دست دادن کامل دسترسی به اطلاعات می شود، زیرا امکان برداشت یا حدس زدن تنظیمات وجود نخواهد داشت (در هر صورت، چنین تکنیکی است. برای نویسنده شناخته شده نیست).

در کانال یوتیوب R.Lab چندین نمونه از لحیم کاری مجدد یک برد از یک برد معیوب به یک برد وجود دارد:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX تعویض PCB
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ PCB تعویض

سنسور شوک به لرزش هایی که برای دیسک خطرناک است واکنش نشان می دهد و سیگنالی در مورد آن به کنترلر VCM ارسال می کند. VCM بلافاصله هدها را پارک می کند و می تواند از چرخش دیسک جلوگیری کند. از نظر تئوری، این مکانیسم باید درایو را از آسیب اضافی محافظت کند، اما در عمل کار نمی کند، بنابراین دیسک ها را رها نکنید. حتی هنگام افتادن، موتور اسپیندل ممکن است گیر کند، اما بعداً در مورد آن بیشتر توضیح خواهیم داد. در برخی از دیسک ها، سنسور لرزش دارای حساسیت افزایش یافته است و به کوچکترین لرزش های مکانیکی واکنش نشان می دهد. داده های دریافتی از سنسور به کنترلر VCM اجازه می دهد تا حرکت هدها را اصلاح کند. علاوه بر اصلی، دو سنسور ارتعاش اضافی روی چنین دیسک هایی نصب شده است. روی برد ما، سنسورهای اضافی لحیم نشده اند، اما مکان هایی برای آنها وجود دارد - آنها در شکل به عنوان "سنسور لرزش" نشان داده شده اند.

یک دستگاه محافظ دیگر روی برد وجود دارد - سرکوب ولتاژ گذرا (TVS). از برد در برابر نوسانات برق محافظت می کند. در حین افزایش برق، TVS می سوزد و یک اتصال کوتاه به زمین ایجاد می کند. این برد دارای دو تلویزیون 5 و 12 ولت می باشد.

وسایل الکترونیکی درایوهای قدیمی کمتر یکپارچه شده بودند و هر عملکرد به یک یا چند تراشه تقسیم می شد.

اکنون HDA را در نظر بگیرید.

در زیر برد، کنتاکت های موتور و هدها قرار دارد. علاوه بر این، یک سوراخ کوچک و تقریبا نامحسوس (سوراخ تنفس) روی کیس دیسک وجود دارد. این به یکسان کردن فشار کمک می کند. بسیاری از مردم فکر می کنند که در داخل هارد دیسک خلاء وجود دارد. در واقع اینطور نیست. هوا برای برخاستن آیرودینامیکی سرها در بالای سطح مورد نیاز است. این سوراخ به دیسک اجازه می دهد تا فشار داخل و خارج محفظه را یکسان کند. در داخل، این سوراخ با یک فیلتر تنفس پوشیده شده است که ذرات گرد و غبار و رطوبت را به دام می اندازد.

حالا بیایید به داخل محوطه نگهداری نگاه کنیم. درپوش دیسک را بردارید.

درب خود چیز خاصی نیست. این فقط یک صفحه فولادی با یک واشر لاستیکی برای جلوگیری از ورود گرد و غبار است. در نهایت، پر کردن منطقه مهار را در نظر بگیرید.

اطلاعات بر روی دیسک ها، که به آنها "پنکیک"، سطوح مغناطیسی یا صفحات (صفحات) نیز گفته می شود، ذخیره می شود. داده ها در هر دو طرف ثبت می شود. اما گاهی اوقات هد در یکی از طرفین نصب نمی شود و یا هد به صورت فیزیکی وجود دارد اما در کارخانه از کار افتاده است. در عکس صفحه بالایی را می بینید که مربوط به بالاترین شماره سر است. صفحات از آلومینیوم یا شیشه صیقلی ساخته شده اند و با چندین لایه از ترکیبات مختلف از جمله یک ماده فرومغناطیسی پوشیده شده اند که در واقع داده ها روی آن ذخیره می شود. در بین صفحات و همچنین بالای آنها، درج های خاصی به نام جدا کننده یا جداکننده (دمپر یا جداکننده) مشاهده می شود. آنها برای یکسان کردن جریان هوا و کاهش نویز صوتی مورد نیاز هستند. به عنوان یک قاعده، آنها از آلومینیوم یا پلاستیک ساخته شده اند. جداکننده‌های آلومینیومی در خنک‌کردن هوای داخل محوطه با موفقیت‌تر عمل می‌کنند. در زیر نمونه ای از مدل جریان هوا در داخل HDA آورده شده است.

نمای جانبی صفحات و جداکننده ها.

هدهای خواندن و نوشتن (هد) در انتهای براکت های هد یونیت مغناطیسی یا HSA (Head Stack Assembly، HSA) نصب می شوند. منطقه پارکینگ ناحیه ای است که سر یک دیسک سالم باید در هنگام توقف اسپیندل قرار داشته باشد. همانطور که در عکس مشخص است، با استفاده از این دیسک، منطقه پارکینگ به اسپیندل نزدیکتر است.

در برخی از درایوها، پارکینگ در مکان های پارکینگ پلاستیکی ویژه ای که در خارج از صفحات قرار دارند انجام می شود.

پد پارکینگ 3.5 اینچی وسترن دیجیتال

اگر هدها در داخل صفحات پارک شده باشند، برای برداشتن بلوک سرهای مغناطیسی به ابزار خاصی نیاز است؛ بدون آن، جدا کردن BMG بدون آسیب بسیار دشوار است. برای پارک خارجی می توانید لوله های پلاستیکی با اندازه مناسب را بین سرها قرار داده و بلوک را جدا کنید. اگرچه برای این کیس کش هم وجود دارد، اما طراحی ساده تری دارند.

هارد دیسک یک مکانیسم موقعیت یابی دقیق است و برای عملکرد صحیح به هوای بسیار تمیز نیاز دارد. در حین استفاده، ذرات میکروسکوپی فلز و گریس ممکن است در داخل هارد دیسک ایجاد شود. برای تمیز کردن فوری هوای داخل دیسک یک فیلتر چرخش وجود دارد. این یک دستگاه با تکنولوژی بالا است که به طور مداوم کوچکترین ذرات را جمع آوری و به دام می اندازد. فیلتر در مسیر جریان های هوای ایجاد شده در اثر چرخش صفحات قرار دارد

حالا بیایید آهنربای بالایی را برداریم و ببینیم زیر آن چه چیزی پنهان شده است.

هارد دیسک ها از آهنرباهای نئودیمیوم بسیار قوی استفاده می کنند. این آهنرباها به قدری قدرتمند هستند که می توانند 1300 برابر وزن خود را بلند کنند. بنابراین انگشت خود را بین آهنربا و فلز یا آهنربای دیگر قرار ندهید - ضربه بسیار حساس خواهد بود. این عکس محدود کننده های BMG را نشان می دهد. وظیفه آنها محدود کردن حرکت سرها و رها کردن آنها روی سطح صفحات است. محدود کننده های BMG مدل های مختلف به طور متفاوتی مرتب شده اند، اما همیشه دو مورد از آنها وجود دارد، آنها در تمام هارد دیسک های مدرن استفاده می شوند. در درایو ما، محدود کننده دوم در آهنربای پایین قرار دارد.

در اینجا چیزی است که می توانید در آنجا ببینید.

همچنین در اینجا سیم پیچ (کویل صوتی) را می بینیم که بخشی از بلوک سرهای مغناطیسی است. سیم پیچ و آهنربا درایو VCM (موتور سیم پیچ صوتی، VCM) را تشکیل می دهند. درایو و بلوک سرهای مغناطیسی یک موقعیت دهنده (محرک) را تشکیل می دهند - دستگاهی که سرها را حرکت می دهد.

یک قطعه پلاستیکی سیاه رنگ با شکل پیچیده، چفت (عملگر) نامیده می شود. در دو نوع مغناطیسی و هوا (قفل هوا) موجود است. مغناطیسی مانند یک چفت مغناطیسی ساده عمل می کند. رهاسازی با اعمال یک ضربه الکتریکی انجام می شود. پس از اینکه موتور اسپیندل به اندازه کافی برای فشار هوا بالا رفت، BMG را آزاد می کند تا فشار هوا از مسیر سیم پیچ صدا خارج شود. چفت از هدها در برابر پرواز خارج از سرها به داخل منطقه کار محافظت می کند. اگر به دلایلی چفت با عملکرد خود مقابله نکرد (دیسک در حالی که روشن بود افتاد یا ضربه خورد) ، سرها به سطح می چسبند. برای دیسک های 3.5 اینچی، گنجاندن بعدی به دلیل قدرت بیشتر موتور به سادگی سرها را جدا می کند. اما در 2.5 "قدرت موتور کمتر است و شانس بازیابی اطلاعات با رهاسازی سرهای بومی" از اسارت "بسیار زیاد است.

حالا بیایید بلوک سرهای مغناطیسی را برداریم.

دقت و نرمی حرکت BMG توسط یک بلبرینگ دقیق پشتیبانی می شود. بزرگترین قسمت BMG که از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده است معمولاً براکت یا راکر (بازو) نامیده می شود. در انتهای راکر سرهایی روی تعلیق فنری قرار دارند (Heads Gimbal Assembly, HGA). معمولا سر و بازوها توسط سازندگان مختلف عرضه می شوند. یک کابل انعطاف پذیر (مدار چاپی منعطف، FPC) به پدی می رود که با برد کنترل جفت می شود.

اجزای BMG را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید.

یک سیم پیچ متصل به یک کابل.

یاتاقان.

عکس زیر مخاطبین BMG را نشان می دهد.

واشر (واشر) محکم بودن اتصال را تضمین می کند. بنابراین، هوا تنها از طریق سوراخ یکسان سازی فشار می تواند به داخل دیسک و یونیت سر وارد شود. کنتاکت های روی این دیسک با لایه نازکی از طلا پوشانده شده اند تا از اکسید شدن جلوگیری شود. اما در کنار برد الکترونیک، اغلب اکسیداسیون رخ می دهد که منجر به اختلال در عملکرد HDD می شود. با پاک کن (پاک کن) می توانید اکسیداسیون را از روی کنتاکت ها پاک کنید.

این یک طرح راکر کلاسیک است.

به قطعات کوچک سیاه رنگ در انتهای آویزهای فنری لغزنده می گویند. بسیاری از منابع نشان می دهند که لغزنده ها و سرها یکی هستند. در واقع نوار لغزنده با بالا بردن سر بالای سطح دیسک های مغناطیسی به خواندن و نوشتن اطلاعات کمک می کند. در هارد دیسک های مدرن، هدها در فاصله 5-10 نانومتری از سطح حرکت می کنند. در مقام مقایسه، قطر موی انسان حدود 25000 نانومتر است. اگر ذره ای زیر لغزنده قرار گیرد، می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد سرها به دلیل اصطکاک و خرابی شود، به همین دلیل است که خلوص هوای داخل محفظه بسیار مهم است. همچنین گرد و غبار می تواند باعث ایجاد خراش شود. از آنها، ذرات گرد و غبار جدید، اما از قبل مغناطیسی، تشکیل می شوند که به دیسک مغناطیسی می چسبند و باعث ایجاد خراش های جدید می شوند. این منجر به این واقعیت می شود که دیسک به سرعت با خراش پوشانده می شود یا در اصطلاح "اره" می شود. در این حالت نه لایه نازک مغناطیسی و نه سرهای مغناطیسی دیگر کار نمی کنند و هارد در می زند (دث کلیک).

عناصر خواندن و نوشتن سر خود در انتهای نوار لغزنده قرار دارند. آنقدر کوچک هستند که فقط با میکروسکوپ خوب دیده می شوند. در زیر نمونه ای از عکس (در سمت راست) از طریق میکروسکوپ و یک نمایش شماتیک (در سمت چپ) از موقعیت نسبی عناصر نوشتاری و خواندنی سر مشاهده می شود.

بیایید نگاهی دقیق تر به سطح نوار لغزنده بیندازیم.

همانطور که می بینید سطح لغزنده صاف نیست، شیارهای آیرودینامیکی دارد. آنها به تثبیت ارتفاع پرواز لغزنده کمک می کنند. هوای زیر نوار لغزنده یک بالشتک هوا را تشکیل می دهد (Air Bearing Surface، ABS). بالشتک هوا پرواز لغزنده را تقریباً به موازات سطح پنکیک حفظ می کند.

در اینجا یک تصویر کشویی دیگر است.

مخاطبین سر در اینجا به وضوح قابل مشاهده هستند.

این یکی دیگر از بخش های مهم BMG است که هنوز در مورد آن صحبتی نشده است. به آن پیش تقویت کننده (پیش تقویت کننده، پیش تقویت کننده) می گویند. پیش تقویت‌کننده تراشه‌ای است که هدها را کنترل می‌کند و سیگنال‌هایی را که به آن‌ها یا از آن‌ها می‌آید، تقویت می‌کند.

پیش تقویت کننده به یک دلیل بسیار ساده مستقیماً در BMG قرار دارد - سیگنالی که از هدها می آید بسیار ضعیف است. در درایوهای مدرن، فرکانس آن بیش از 1 گیگاهرتز است. اگر پری آمپ را از ناحیه مهار خارج کنید، چنین سیگنال ضعیفی در راه رسیدن به برد کنترل به شدت ضعیف می شود. نصب یک تقویت کننده به طور مستقیم روی سر غیرممکن است، زیرا در حین کار به طور قابل توجهی گرم می شود، که باعث می شود تقویت کننده نیمه هادی کار نکند؛ تقویت کننده های لوله خلاء با چنین اندازه های کوچک هنوز اختراع نشده اند.

آهنگ های بیشتری از پری آمپ به سرها (راست) منتهی می شوند تا به ناحیه مهار (چپ). واقعیت این است که یک هارد دیسک نمی تواند به طور همزمان با بیش از یک هد (یک جفت عنصر نوشتن و خواندن) کار کند. هارد دیسک سیگنال هایی را به پیش تقویت کننده ارسال می کند و هدی را که هارد دیسک در حال حاضر به آن دسترسی دارد انتخاب می کند.

در مورد هدها کافی است، بیایید دیسک را بیشتر از هم جدا کنیم. جداکننده بالایی را بردارید.

در اینجا به نظر می رسد.

در عکس بعدی قسمت محفظه را می بینید که جداکننده بالایی و مجموعه هد آن برداشته شده است.

آهنربای پایینی نمایان شد.

حالا حلقه گیره (پلاتر گیره).

این حلقه پشته صفحات را در کنار هم نگه می دارد و از حرکت آنها نسبت به یکدیگر جلوگیری می کند.

پنکیک ها بر روی یک دوک نخ ریسی می شوند.

حالا که چیزی نگهدارنده پنکیک نیست، بیایید پنکیک بالایی را برداریم. این چیزی است که در زیر وجود دارد.

اکنون مشخص است که چگونه فضای سرها ایجاد می شود - حلقه های فاصله بین پنکیک ها وجود دارد. عکس پنکیک دوم و جداکننده دوم را نشان می دهد.

حلقه اسپیسر قطعه ای با دقت بالا است که از آلیاژ یا پلیمرهای غیر مغناطیسی ساخته شده است. بیایید آن را برداریم.

بیایید هر چیز دیگری را از دیسک بیرون بکشیم تا قسمت پایین HDA را بررسی کنیم.

این همان چیزی است که سوراخ یکسان سازی فشار به نظر می رسد. دقیقا زیر فیلتر هوا قرار دارد. بیایید نگاهی دقیق تر به فیلتر بیندازیم.

از آنجایی که هوای بیرون لزوماً حاوی گرد و غبار است، فیلتر چندین لایه دارد. بسیار ضخیم تر از فیلتر گردش خون است. گاهی اوقات حاوی ذرات سیلیکاژل برای مقابله با رطوبت هوا است. اما اگر هارد در آب قرار گیرد از طریق فیلتر به داخل کشیده می شود! و این به هیچ وجه به این معنی نیست که آبی که داخل آن است تمیز خواهد بود. نمک ها روی سطوح مغناطیسی متبلور می شوند و به جای صفحات کاغذ سنباده تهیه می شود.

کمی بیشتر در مورد موتور اسپیندل. به صورت شماتیک، طرح آن در شکل نشان داده شده است.

یک آهنربای دائمی در داخل هاب دوک ثابت است. سیم پیچ های استاتور، با تغییر میدان مغناطیسی، باعث چرخش روتور می شود.

دو نوع موتور وجود دارد، با بلبرینگ و با هیدرودینامیک (Fluid Dynamic Bearing، FDB). یاتاقان توپ بیش از 10 سال پیش متوقف شد. این به دلیل این واقعیت است که آنها ضربان بالایی دارند. در یاتاقان های هیدرودینامیکی، خروجی بسیار کمتر است و بسیار ساکت تر است. اما چند نکته منفی نیز وجود دارد. اول، می تواند مربا شود. با توپ، این پدیده رخ نداد. یاتاقان های توپ، در صورت شکست، شروع به ایجاد صدای بلند کردند، اما اطلاعات حداقل به آرامی خوانده می شد. حال در مورد یاتاقان گوه ای باید از ابزار مخصوصی استفاده کنید تا تمامی دیسک ها را جدا کرده و روی یک موتور اسپیندل قابل تعمیر نصب کنید. این عملیات بسیار پیچیده است و به ندرت منجر به بازیابی موفق اطلاعات می شود. یک گوه می تواند از تغییر موقعیت ناگهانی به دلیل مقدار زیاد نیروی کوریولیس که بر روی محور اثر می گذارد و منجر به خم شدن آن می شود، ایجاد شود. به عنوان مثال، درایوهای خارجی 3.5 اینچی در جعبه وجود دارد. جعبه به صورت عمودی ایستاده بود، لمس شد، به صورت افقی افتاد. به نظر می رسد که دور پرواز نکرده است؟! اما نه - گوه موتور، و هیچ اطلاعاتی نمی توان به دست آورد.

ثانیا، روان کننده می تواند از یاتاقان هیدرودینامیکی نشت کند (در آنجا مایع است، مقدار زیادی از آن وجود دارد، برخلاف روان کننده ژل که توسط بلبرینگ ها استفاده می شود) و روی صفحات مغناطیسی قرار گیرد. برای جلوگیری از ورود روان کننده به سطوح مغناطیسی، از روان کننده ای با ذرات دارای خواص مغناطیسی و تله های مغناطیسی آنها را به دام می اندازند. همچنین در اطراف محل نشتی احتمالی از یک حلقه جذب استفاده می کنند. گرمای بیش از حد دیسک به نشت کمک می کند، بنابراین نظارت بر رژیم دمایی عملکرد بسیار مهم است.

توضیح ارتباط بین اصطلاحات روسی و انگلیسی توسط لئونید وورژف انجام شد.

به روز رسانی 2018، سرگئی یاتسنکو

چاپ مجدد یا نقل قول به شرط لینک اصلی مجاز است

سلام دوستان!

امروز در مورد چیزی به عنوان هارد دیسک صحبت خواهیم کرد. یک کاربر نادر کامپیوتر نام او را نشنیده است!

وینچستر، با نام HDD (هارد دیسک)، با نام مستعار هارد دیسک، وسیله ای برای ذخیره اطلاعات است.

HDD نام عامیانه خود را از تفنگ معروفی گرفته است که سفیدپوستان با آن آمریکا را فتح کردند. یکی از اولین مدل های هارد دیسک "30/30" نامگذاری شد که با کالیبر این سلاح گرم مطابقت داشت.

در زیر در مورد هارد دیسک های کامپیوتر صحبت خواهیم کرد.

هارد کامپیوتر چگونه چیده می شود؟

ما بررسی خواهیم کرد که چگونه هارد دیسک سنتی (الکترومکانیکی) مورد استفاده در رایانه های شخصی سه برابر شده است. اساس آن یک یا چند دیسک اطلاعات است. اولین مدل هارد دیسک ها از دیسک های آلومینیومی استفاده می کردند.

اما آن مدل های اولیه بزرگ و کوچک بودند.

دیسک های انعطاف پذیر و هارد

درایو برای خواندن و نوشتن چنین دیسک هایی FDD نامیده می شد. (درایو فلاپی دیسک).

این دیسک ها از یک قطعه پلاستیکی گرد ساخته شده بودند که در دو طرف آن با روکش فرومغناطیسی پوشانده شده بود. آنها نازک و منعطف بودند، از این رو نام درایو به این دلیل است. برای محافظت در برابر تأثیرات خارجی، این دیسک ها در یک جعبه پلاستیکی مربع قرار داده شدند.

دیسک های موجود در هارد دیسک ها ساختار مشابهی دارند، اما ضخیم تر هستند و خم نمی شوند، که در نام منعکس می شود. یک لایه فرومغناطیسی نازک از اکسیدهای فلزی با استفاده از یک سانتریفیوژ روی چنین دیسکی اعمال می شود. داده ها با استفاده از سرهای مغناطیسی نوشته و خوانده می شوند.

هنگام نوشتن روی سر مغناطیسی، یک سیگنال اطلاعاتی ارائه می شود که جهت گیری دامنه ها (ذرات فرومغناطیسی) در لایه فرومغناطیسی را تغییر می دهد.

هنگام خواندن، مقاطع مغناطیسی جریانی را در سر القا می کنند که سپس توسط مدار کنترل (کنترل کننده) پردازش می شود. نیاز به سرعت و حجم داده ها به طور مداوم در حال افزایش بود. بهترین ذهن های دنیا به این منطقه اعزام شدند. و هارد دیسک ها، مانند بقیه سخت افزارهای کامپیوتر، به طور مداوم بهبود یافته اند.

دیسک ها شروع به ساختن از شیشه و شیشه سرامیک کردند. این امر باعث کاهش وزن، ضخامت و افزایش سرعت چرخش آنها شد.

سرعت چرخش دیسک از 3600 دور در دقیقه به 5400، 7200 و سپس تا 10000 و حتی تا 15000 دور در دقیقه افزایش یافت!برای مقایسه، اجازه دهید بگوییم که سرعت چرخش دیسک در FDD 360 دور در دقیقه بود.

هرچه سرعت چرخش بیشتر باشد، داده ها سریعتر خوانده می شوند.

لایه فرومغناطیسی

یک لایه فرومغناطیسی را می توان به دو روش - رسوب گالوانیکی و رسوب خلاء - روی سطح دیسک ها اعمال کرد. در حالت اول، دیسک در محلولی از نمک های فلزی غوطه ور می شود و یک فیلم نازک از فلز (کبالت) روی آن رسوب می کند.

در رسوب گذاری خلاء، دیسک در یک محفظه مهر و موم شده قرار می گیرد، هوا از آن خارج می شود و ذرات فلزی با استفاده از تخلیه الکتریکی رسوب می کنند.

یک پوشش کربن محافظ در بالای لایه مغناطیسی اعمال می شود. این لایه نازک مغناطیسی را از تخریب (و از دست دادن اطلاعات) در صورت تماس احتمالی با سر محافظت می کند.

یک هارد دیسک ممکن است یک یا چند دیسک فیزیکی داشته باشد. در مورد دوم، دیسک ها در یک ساختار واحد مونتاژ می شوند و به طور همزمان می چرخند. هر دیسک دارای دو طرف با یک لایه فرومغناطیسی است، داده ها توسط دو سر مختلف (که در بالا و پایین قرار دارند) خوانده می شوند.

سرها نیز در یک ساختار واحد جمع می شوند و به صورت همزمان حرکت می کنند.

مکانیزم حرکت سرها شامل یک سیم پیچ با سیم و یک آهنربای دائمی ثابت است. هنگامی که جریان به سیم پیچ اعمال می شود، یک میدان مغناطیسی در آن ایجاد می شود که با آهنربا تعامل دارد. نیروی حاصله سیم پیچ را با کل قسمت متحرک مکانیسم (و همچنین سرها) حرکت می دهد.

مکانیزم شامل یک فنر است که در صورت عدم وجود برق، سرها را به موقعیت اصلی خود حرکت می دهد. (پارکینگ).این از آسیب دیدن هدها و دیسک ها جلوگیری می کند.

توجه داشته باشید که آهنرباهای نئودیمیوم کوچکی که یک میدان مغناطیسی ثابت ایجاد می کنند بسیار قوی هستند!

در شرایط کار، دیسک ها با سرعت ثابت می چرخند، سرها در بالای دیسک شناور می شوند. در طول چرخش، یک جریان آیرودینامیکی رخ می دهد که سرها را بلند می کند. با پیشرفت تکنولوژی، فاصله بین هدها و دیسک کاهش می یابد.

تا الان به چند ده نانومتر کاهش یافته است!

کاهش فاصله به شما امکان می دهد تراکم ضبط اطلاعات را افزایش دهید. بنابراین، اطلاعات بیشتری را می توان در همان حجم فشرده کرد.

سرها را بخوانید و بنویسید

هارد دیسک های مدرن استفاده می کنند سرهای مغناطیسی.

یک کریستال مغناطیسی مقاومت می تواند مقاومت خود را بسته به بزرگی و جهت میدان مغناطیسی تغییر دهد. هنگامی که هد از مناطقی با مغناطیس متفاوت عبور می کند، مقاومت آن تغییر می کند که توسط مدار کنترل گرفته می شود.

هد هارد در واقع شامل دو سر است - خواندن و نوشتن. سر ضبط بر اساس همان اصل سر در ضبط صوت های قدیمی که از نوارهای نوار مغناطیسی استفاده می کردند، کار می کند.

این شامل یک هسته باز است که در شکاف آن یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود که جهت گیری حوزه های مغناطیسی روی سطح دیسک را تغییر می دهد. "سیم پیچ" سر با استفاده از فوتولیتوگرافی چاپ می شود.

اسپیندل و HDA

موتور اصلی هارد دیسک (اسپیندل) که دیسک را می چرخاند شامل بلبرینگ هیدرودینامیکی. تفاوت آن با بلبرینگ در این است که خروجی شعاعی آن بسیار کمتر است.

در هارد دیسک های مدرن، تراکم ضبط اطلاعات بسیار بالا است، مسیرها بسیار نزدیک به یکدیگر قرار دارند.

مقدار زیادی خروج شعاعی چگالی ضبط را افزایش نمی دهد، یا (با کاهش فاصله بین مسیرها) سر در طول یک چرخش در امتداد مسیرهای مجاور "پرش" می کند. یک یاتاقان هیدرودینامیکی حاوی یک لایه نازک روان کننده بین قسمت های متحرک و ثابت است.

در پایان، بیایید بگوییم که اسپیندل، دیسک ها، سر با یک درایو در یک محفظه جداگانه قرار می گیرند. اولین مدل هارد دیسک ها حاوی محفظه های نشتی مجهز به یک فیلتر با سلول های بسیار کوچک برای یکسان کردن فشار بودند.

سپس محفظه های هرمتیک ظاهر شد که دارای سوراخی بود که با یک غشای انعطاف پذیر بسته شده بود. غشا می تواند در هر دو جهت خم شود تا اختلاف فشار هوا در داخل و خارج محفظه سر را جبران کند.

در قسمت بعدی مقاله به ادامه آشنایی با نحوه چیدمان هارد و نحوه عملکرد آن می پردازیم.

ویکتور جروندا با شما بود. شما را در وبلاگ می بینم!