Общее устройство нжмд
Накопитель на жестких магнитных дисках состоит из пяти главных элементов, каждый из которых влияет на его характеристики: носителя (пакета дисковых пластин, вращающихся на одной оси), головок чтения записи, позиционера (механизма привода головок), двигателя привода дисков и контроллера, обеспечивающего согласованное управление всеми элементами диска и передачу данных между ним и компьютером. Данные хранятся на пластинах в виде концентрических дорожек, каждая из которых делится на секторы, содержащие данные и коды коррекции ошибок. Число секторов на дорожке в современных дисках варьируется в зависимости от длины дорожки, т. е. на внешних дорожках секторов больше, на внутренних — меньше (так называемый метод зонно-битовой записи, zoned bit recording). Совокупность дорожек, находящихся под головками в определенном их положении на всех пластинах диска, называется цилиндром.
Принципиально конструкция НЖМД соответствует рис. 10.1. Вся электромеханическая часть накопителя – пакет дисков со шпиндельным двигателем и блок головок с приводом находится в гермоблоке. На корпусе гермоблока помещается и плата электроники накопителя. В качестве привода шпинделя используют, как правило, трехфазные синхронные двигатели. В современных накопителях для точного управления шпиндельным двигателем используется механизм сервометок. Скорость вращения определяет скорость обмена, и у современных накопителях лежит в пределах от 7200 до 15000 об/мин.
Основная характеристика диска – плотность записи определяется линейной плотностью записи (количество бит на дорожке, треке) и количеством треков определяющих единичную площадь (дюйм квадратный).
Рис. 10.1 Общий вид НЖМД
Увеличение линейной плотности записи и плотности дорожек на поверхности дисковых пластин требует уменьшения размеров головок чтения-записи, что влечет за собой уменьшение снимаемых с головки сигналов до уровней, когда их очень сложно выделить из шумов. В этих условиях возрастает роль кодов коррекции ошибок (ECC) для надежного считывания записанных данных. Размеры этих кодов растут, и в результате 512 байт размер сектора оказывается неадекватным — недалеко время, когда количество байтов ECC превысит в таком секторе число байтов полезной информации. Согласно результатам ряда исследований, увеличение стандартного размера сектора до 4096 байт будет достаточным, чтобы обеспечить растущие потребности в ECC для ожидаемого в обозримом будущем роста плотности записи.
Пластины (диски)
Пластины — это диски из алюминиевого сплава или стеклообразного материала (стеклянные пластины получили в последнее время более широкое распространение), поверхность которых покрыта несколькими слоями магнитных и немагнитных материалов, защищенных сверху тонким слоем алмазоподобного графита. Размер и ориентация частиц магнитного слоя определяют вместе с размерами зазора магнитной головки возможную плотность записи. Заметим, что поверхностная плотность записи имеет две составляющие — продольную (определяется размером магнитных доменов, представляющих каждый бит одной дорожки) и поперечную (определяется расстоянием между соседними дорожками). Диаметр пластин большинства современных накопителей 95 мм (такие диски называют 3,5 дюйм) или 64 мм (2,5 дюйма). Существуют диски с диаметром пластин 1,8 (46 мм), 1 (25 мм) и даже 0,85 дюйма (22 мм). 2,5 дюйм диски чаще
всего используются в ноутбуках, хотя сейчас наметилась тенденция к применению 2,5 дюйм накопителей в серверах и рабочих станциях, так как уменьшение диаметра пластин
позволяет снизить время поиска. Чтобы избежать сверхпарамагнитного эффекта, применяется специальное многослойное покрытие с антиферромагнитной связью (AFC,
AntiFerromagnetically Coupled). Такое покрытие, неофициально называемое «пыльцой эльфов», состоит из двух магнитных слоев, «проложенных» тончайшим (толщина составляет всего три атомных диаметра!) слоем парамагнитного металла рутения. В этом «сэндвиче» вместо одиночных магнитных доменов образуются магнитные пары с противоположно направленными векторами намагниченности, обеспечивающие повышенную стойкость к размагничиванию. Кроме того, используются так называемые синтетические ферримагнетики (SFM). Пластины укреплены на шпинделе двигателя, который вращает их с весьма высокими угловыми скоростями (до 15 тыс. об/мин). С ростом поверхностной плотности записи и скоростей вращения оказалось, что традиционные двигатели с шариковыми подшипниками не удовлетворяют возросшим требованиям по боковым биениям пластин (они возникают из-за неидеально шарообразной формы шариков подшипника), шуму и вибрациям. Поэтому им на смену в большинстве современных накопителей пришли двигатели с гидродинамическими подшипниками (FDB, Fluid Dynamic Bearing), в которых вместо шариков используется специальное масло. Гидродинамические подшипники позволили также снизить уровень шума и повысить ударостойкость накопителей.