Конструкція нжмд
Перший накопичувач на жорстких дисках (Hard Disk Drive, HDD), встановлений в РС, мав ємність 10 Мб, зараз обсяг НЖМД вже досяг значно більших розмірів.
У 1979 році Файніс Коннер і План Шугарт заснували фірму Seagate Technology і організували випуск жорстких 5'' дисків. Шугарт розробив інтерфейс SCSI, використовуваний і зараз.
Вінчестери мають, у порівнянні з дискетами, мають певні переваги:
1. значна ємність (наприклад для зберігання 420Мб необхідно 290 дискет 3,5'');
2. малий час доступу;
3. велика швидкість передачі даних;
4. висока надійність.
Сьогодні випускаються декілька десятків типів дисководів жорстких дисків − HDD {Hard Disk Drives), які називають також вінчестерними дисками чи просто вінчестерами. Однак принципи функціонування більшості дисководів однакові.
Рисунок. 9.1. Основні елементи дисковода жорсткого диску
Вся електромеханічна частина накопичувача − пакет дисків з шпинделевим механізмом та блок головок з приводом − знаходиться в гермоблоці, який називається HDA (Head Disk Assembly − блок головок і дисків). На корпусі гермоблока знаходиться плата електроніки накопичувача.
В якості приводу шпинделя використовується, як правило, трьохфазні синхронні двигуни. Схема керування двигуном забезпечує пуск і зупинку шпинделя, а також підтримує необхідну швидкість з досить високою точністю.
Швидкість обертання довгі роки тримались на рівні 3600 об/хв., тепер найчастіше зустрічаються швидкості 4500, 5400 і 7200 об/хв. Найшвидші вінчестери мають швидкість 10 000 і навіть 15 000 об/хв. Чим вища швидкість обертання, тим більша швидкість обміну інформацією з диском.
Пластини жорстких дисків зазвичай виготовляють із алюмінієвих сплавів, іноді із кераміки або скла. Більшості сучасних вінчестерів мають 1-4 пластини. Робочий магнітний шар заснований на оксиді заліза або оксиді хрому.
Диск має таку саму структуру, що й дискета, але оскільки довжина сектора біля краю диска значно більша, ніж біля центра, на жорсткі диски записують біти по зонах - ZBR (Zoned Bit Recording), причому для кожної зони задається своя кількість секторів на доріжку, що дозволяє ефективніше використовувати поверхню диска. у дисководах на жорстких дисках для кожної сторони диска передбачено свою головку зчитування-записування. Усі головки змонтовано на загальному рухомому каркасі і тому вони переміщуються одночасно.
Для запису і зчитування інформації використовують магнітні головки, які являють собою мініатюрні котушки індуктивності. В сучасних накопичувачах використовують магніторезистивні головки, які засновані на принципі протистояння напівпровідників у магнітному полі.
Коли дисковод вимкнено, головки торкаються дисків. Під час розкручування дисків зростає аеродинамічний тиск на головки, внаслідок чого вони відриваються від робочих поверхонь (на відміну від дисководів FDD, у яких головки торкаються поверхні диска).
При попаданні голівки на робочу поверхню, при зупинці диску може призвести до пошкодження як і голівки так і поверхні диска. Якщо голівка ляже на пошкоджену поверхню то вона просто прилипне до неї. Щоб це не трапилось, в неробочому положенні голівки паркуються − тобто відводяться в неробочу зону. Поверхня паркувальної зони мають вищу жорсткість, тому голівки не прилипають.
Сучасні дисководи на жорстких дисках мають функцію автоматичного паркування магнітних головок, тобто, коли вимикають комп'ютер, головки встановлюються на визначений, найчастіше останній, циліндр. Ця паркувальна позиція позначається в CMOS Setup як Landing Zone (L-Zone).
Спочатку для дисководів жорстких дисків, як і для дисководів гнучких дисків, використовували крокові двигуни. Для сучасних дисководів застосовують більш швидкодіючі механізми з рухомою котушкою.
Рухома котушка жорстко з'єднана з блоком головок і розміщена в полі постійного магніту. Електричний імпульс, надходячи на котушку, зумовлює її зсув відносно жорстко закріпленого постійного магніту, у результаті чого блок головок переміщується.
Особливістю приводів з рухомою котушкою є спеціальна електронна система наведення голівок, названа сервоприводом. В основі цієї системи лежить використання сигналу зворотного зв'язку, що несе інформацію про реальне взаємне розміщення доріжок і головок.
Для цього на диск (під час його виготовлення) записується спеціальна технічна інформація − сервомітка, допоміжна інформація для системи наведення голівок.
Вінчестер також повинен мати блок електроніки, який керує приводом шпинделя і голівок та обслуговуючий сигнал робочих голівок запису-зчитування.
Зазвичай в гермоблоці на маленькій платі підключаються проводи, які йдуть до голівок, а також кабеля, які зв’язують її з контролером.
Контролером накопичувача є електронний пристрій, на одній (інтерфейсній) стороні якого іде обмін байтами команд, а друга сторона − зв’язана з гермоблоком.
Контролер сучасних вінчестерів складається з декількох основних блоків:
1. керуючий мікроконтролер − забезпечує взаємодію всіх блоків накопичувача і зв'язок з зовнішнім інтерфейсом;
2. буферна пам'ять накопичувача − використовується для зчитування і запису секторів і локального кешування.
3. блок управління шпиндельним двигуном − забезпечує запуск і зупинку шпинделя по команді від мікроконтролера і підтримує задану швидкість обертання по сигналам датчиків.
4. блок управлінні позиціонуванням − формує імпульси приводу з рухомою котушкою для переходу з циліндра на циліндр по команді мікроконтролера і слідкує за положенням голівки на треці по прийнятим сервосигналам.
5. комутатор головок суміщений з перепідсилювачем зчитування і формулятором струму запису − мікросхема, змонтована всередині гермоблока біля голівок та дозволяє покращити відношення сигнал/шум при зчитуванні.
6. канал зчитування запису − являє собою ланцюги, який виділяється із сигналу, прийнятого від передпідсилювача та імпульси синхронізації даних і формуючих сигналів запису.
7. детектор сервоміток − виділяє їх із потоку сигналів, які приймаються з головок зчитування.
8. контролер НЖМД − спеціалізована мікросхема, яка виконує основні функції пов’язані із записом і зчитування даних.