Носії інформації (стр. 2 из 6)

У ранніх моделях накопичувачів, головки яких пересувалися за допомогою крокових двигунів, для усунення помилок читання/запису, що з'являються, проводилася процедура низькорівневого форматування (LowLevelFormat). При її проведенні доріжка записувалася наново точно на тому місці, куди кроковий двигун поміщав головку. Це виключало помилки позиціонування, що накопичуються в результаті роботи. Із збільшенням поперечної щільності запису (кількість доріжок на міліметр) для переміщення головок стали використовуватися магнітоелектричні приводи, звані звуковими котушками (VoiceCoil). Сучасні приводи мають із звуковою котушкою лише загальний принцип роботи (взаємодія полів постійного магніта і обмотки), переміщається ж обмотка не уздовж власної осі, а перпендикулярно їй. Для точного позиціонування головки використовується записана на поверхнях сервоінформація. Прочитуючи її, механізм позиціонування визначає силу струму, який потрібно пропустити через обмотку. У перших моделях накопичувачів з магнітоелектричним приводом сервоінформація розміщувалася в одному місці на доріжці. Вона називалася уклиненою (Wedge) сервоінформацією. Такий метод, по-перше, вимагав в середньому половини обороту шпинделя для позиціонування головки, а по-друге, не дозволяв компенсувати ексцентриситет доріжки. На зміну йому прийшла виділена (Dedicated) сервоінформація, що розміщувалася на одній з поверхонь кожної пластини. Цей метод дозволив прискорити позиціонування головок, але втрати 50% місткості і неминучий в процесі виробництва розкид положення доріжок на різних поверхнях привели до того, що йому теж довелося шукати заміну.

2. Жорсткі диски

2.1 Перший жорсткий диск

У вересні 1956 року IBM розробила першу підсистему дискової пам'яті IBM RAMAC 305. Це були плаваючі магнітні головки на повітряній подушці. Винахід дозволив створити новий тип пам'яті – дискові запам'ятовуючі пристрої. Це – перший жорсткий диск. Він був 24", вміщав 5 Мбайт на 50 двохфутових пластинах з магнітним покриттям і коштував більше за мільйон доларів. На поверхні диска розміщувалося 100 доріжок для запису даних, по 10000 знаків кожна.

Рис.1. IBM RAMAC 305 в лабораторії

Рис.2. IBM 305 RAMAC вантажать в особистий літак

Ось, той самий IBM 305 RAMAC, випущений в 1956 році. Він був "легким" на той час – важив близько тони. Але для його транспортування доводилося використати цілий літак і спеціальний навантажувач. І це заради п'яти мегабайт даних!

Рис.3 Порівняння флешки і жорсткого диску ємностями в 1 Гб

Далі виробники поступово почали нарощувати об'єм "харда". Наприклад, на даній фотографії ви бачите "дідуся" ємністю 1 GB на фоні 1 GB карти пам'яті типу SD (точніше, флешку на фоні жорсткого диска :). Цей накопичувач більше схожий на радіатор автомобіля, ніж на вінчестер.

Назва «вінчестер» накопичувач одержав завдяки фірмі IBM, яка в 1973 році випустила жорсткий диск моделі 3340, що вперше об'єднав в одному нероз'ємному корпусі пластини диска і що прочитують головки. При його розробці інженери використовували коротку внутрішню назву «30-30», що означало два модулі по 30 Мб кожен. Кенет Хотон, керівник проекту, по співзвучності з позначенням популярної мисливської рушниці «Winchester 30-30» запропонував назвати цей диск «вінчестером».

У Європі і США назва «вінчестер» вийшла з вживання в 1990-х роках, в українському та російському комп'ютерному лексиконі назва «вінчестер» збереглася, скоротившись до слова «вінт».

2.2 Принцип роботи жорсткого диска

Накопичувач на жорсткому диску відноситься до найбільш довершених і складних пристроїв сучасного персонального комп'ютера. Його диски здатні вміщати багато мегабайтів інформації, переданої з величезною швидкістю. В той час, як майже всі елементи комп'ютера працюють безшумно, жорсткий диск бурчить і поскрипує, що дозволяє віднести його тим небагато чим комп'ютерним пристроям, які містять як механічні, так і електронні компоненти.

Основні принципи роботи жорсткого диска мало змінилися з дня його створення. Пристрій вінчестера дуже схожий на звичайний програвач грамплатівок. Тільки під корпусом може бути декілька пластин, насаджених на загальну вісь, і головки можуть прочитувати інформацію відразу з обох боків кожної пластини. Швидкість обертання пластин (у деяких моделей вона доходить до 15000 оборотів в хвилину) постійна і є однією з основних характеристик. Головка переміщається уздовж пластини на деякій фіксованій відстані від поверхні. Чим менша ця відстань, тим більша точність прочитування інформації, і тим більше може бути щільність запису інформації. Поглянувши на накопичувач на жорсткому диску, ви побачите тільки міцний металевий корпус. Він повністю герметичний і захищає дисковод від частинок пилу, який при попаданні у вузький зазор між головкою і поверхнею диска можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск з ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод. Усередині корпусу знаходяться всі механізми і деякі електронні вузли. Механізми – це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, які записують і прочитують інформацію з дисків, а також двигуни, що приводять все це в рух. Диск є круглою пластиною з дуже рівною поверхнею частіше з алюмінію, рідше – з кераміки або скла, покриту тонким феромагнітним шаром. У багатьох накопичувачах використовується шар оксиду заліза (яким покривається звичайна магнітна стрічка), але новітні моделі жорстких дисків працюють з шаром кобальту завтовшки близько десяти мікрон. Таке покриття міцніше і, крім того, дозволяє значно збільшити щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, яка використовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різною – від одного до п'яти, кількість робочих поверхонь, відповідно, удвічі більше (по дві на кожному диску). Останнє (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає місткість жорсткого диска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується і може виявитися непарним.

Магнітні головки прочитують і записують інформацію на диски. Принцип запису загалом схожий з тим, який використовується в звичайному магнітофоні. Цифрова інформація перетвориться в змінний електричний струм, що поступає на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке диск може сприйняти і "запам'ятати". Магнітне покриття диска є безліччю найдрібніших областей мимовільної (спонтанної) намагніченості. Для наочності уявіть собі, що диск покритий шаром дуже маленьких стрілок від компаса, направлених в різні боки. Такі частинки-стрілки називаються доменами. Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до його напряму. Після припинення дії зовнішнього поля на поверхні диска утворюються зони залишкової намагніченості. Таким чином зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска напроти зазору магнітної головки, наводять в ній електрорушійну силу, що змінюється залежно від величини намагніченості. Пакет дисків, змонтований на осі шпінделя, приводиться в рух спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Швидкість обертання дисків, як правило, складає 7200 об/хв. Для того, щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при включенні якийсь час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинне мати запас по піковій потужності. Тепер про роботу головок. Вони переміщаються за допомогою прецизійного крокового двигуна і як би "пливуть" на відстані в долі мікрона від поверхні диска, не стосуючись його. На поверхні дисків в результаті запису інформації утворюються намагнічені ділянки, у формі концентричних кіл. Вони називаються магнітними доріжками. Переміщаючись, головки зупиняються над кожною наступною доріжкою. Сукупність доріжок, розташованих один під одним на всіх поверхнях, називають циліндром. Всі головки накопичувача переміщаються одночасно, здійснюючи доступ до однойменних циліндрів з однаковими номерами.

2.3 Пристрій диска

Типовий вінчестер складається з гермоблока і плати електроніки. У гермоблокові розміщені всі механічні частини, на платі – вся електроніка, що управляє, за винятком передпідсилювача, розміщеного усередині гермоблока в безпосередній близькості від головок.

Під дисками розташований двигун – плоский, як в floppy-дисководах, або вбудований в шпиндель дискового пакету. При обертанні дисків створюється сильний потік повітря, яке циркулює по периметру гермоблока і постійно очищається фільтром, встановленим на одній з його сторін.

Ближче до роз'ємів, з лівої або правої сторони від шпинделя, знаходиться поворотний позиціонер, дещо баштовий кран, що нагадує по вигляду: з одного боку осі, знаходяться звернені до дисків тонкі, довгі і такі, що легко несуть магнітних головок, а з іншою – короткий і масивніший хвостовик з обмоткою електромагнітного приводу. При поворотах коромисла позиціонера головки здійснюють рух по дузі між центром і периферією дисків. Кут між осями позиціонера і шпинделя підібраний разом з відстанню від осі позиціонера до головок так, щоб вісь головки при поворотах якомога менше відхилялася від дотичної доріжки.

У попередніх моделях коромисло було закріплено на осі крокового двигуна, і відстань між доріжками визначалася величиною кроку. У сучасних моделях використовується так званий лінійний двигун, який не має якої-небудь дискретності, а установка на доріжку проводиться по сигналах, записаних на дисках, що дає значне збільшення точності приводу і щільності запису на дисках.