Принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках

У накопичувачах на жорстких дисках дані записуються й зчитуються універсальними голівками читання/запису з поверхні обертових магнітних дисків, розбитих на доріжки й сектори (512 байт кожний), як показано на мал. 10.2.

У накопичувачах звичайно встановлюється кілька дисків, і дані записуються на обох сторонах кожного з них. У більшості накопичувачів є щонайменше два або три диски (що дозволяє виконувати запис на чотирьох або шести сторонах), але існують також пристроїю, що містять до 11 і більше дисків. Однотипні (однаково розташовані) доріжки на всіх сторонах дисків поєднуються в циліндр (мал. 10.3). Для кожної сторони диска передбачена своя доріжка читання/запису, але при цьому всі голівки змонтовані на загальному стрижні, або стійці. Тому голівки не можуть переміщатися незалежно одна від одної й рухаються тільки синхронно.

Жорсткі диски обертаються набагато швидше, ніж гнучкі. Частота їхнього обертання навіть у більшості перших моделей становила 3 600 обо/хв (тобто в 10 разів більше, ніж у накопичувачі на гнучких дисках) і до останнього часу була майже стандартом для жорстких дисків. Але в наш час частота обертання жорстких дисків зросла. Наприклад, у портативному комп'ютері Toshіba диск об’ємом 3,3 Гбайт обертається із частотою 4 852 об/хв, але вже існують моделі із частотами 5 400, 5 600, 6400, 7 200, 10000 об/хв і навіть 15 000 об/хв. Більшість накопичувачів, що випускають серійно, мають швидкість обертання дисків 5 400 об/хв. Швидкість обертання дисків моделей з поліпшеними робочими характеристиками досягає 7200 об/хв. Накопичувачі зі швидкістю обертання 10000 або 15 000 об/хв використовуються звичайно тільки у високоефективних робочих станціях або серверах, для яких висока вартість жорстких дисків, підвищене тепловиділення й шум не грають істотної ролі. Високі швидкості обертання жорсткого диска в сполученні з механізмами швидкого позиціювання голівок і збільшеною кількістю секторів, що втримуються на кожній доріжці, є тими факторами, які визначають загальну продуктивність жорсткого диска.

П ри нормальній роботі жорсткого диска голівки читання/запису не торкаються (і не повинні торкатися!) дисків. Але при вимиканні живлення й зупинці дисків вони опускаються на поверхню. Під час роботи пристрою між голівкою й поверхнею обертового диска утвориться дуже малий повітряний зазор (повітряна подушка). Якщо в цей зазор потрапить порошина або відбудеться струс, голівка зштовхнеться з диском, що обертається "на повному ходу''. Якщо удар буде досить сильним, відбудеться поломка голівки. Наслідки цього можуть бути різними - від втрати декількох байтів даних до виходу з ладу всього накопичувача. Тому в більшості накопичувачів поверхні магнітних дисків легують і покривають спеціальними змащеннями, що дозволяє пристроям витримувати щоденні "зльоти" й "приземлення" голівок, а також більш серйозні потрясіння.

У деяких найбільш сучасних накопичувачах замість конструкції CSS (Contact Start Stop) використовується механізм завантаження/розвантаження, що не дозволяє голівкам входити в контакт із жорсткими дисками навіть при відключенні живлення накопичувача. Цей механізм був уперше використаний в 2,5-дюймових накопичувачах портативних і дорожніх комп'ютерів, для яких стійкість до механічних впливів грає досить важливу роль. У механізмі завантаження/розвантаження використовується похила панель, розташована прямо над зовнішньою поверхнею жорсткого диска. Коли накопичувач виключений або перебуває в режимі економії споживаної потужності, голівки з'їжджають на цю панель. При подачі електроенергії розблокування голівок відбувається тільки тоді, коли швидкість обертання жорстких дисків досягає потрібної величини. Потік повітря, створюваний при обертанні дисків (аеростатичний підшипник), дозволяє уникнути можливого контакту між голівкою й поверхнею жорсткого диска.

Оскільки пакети магнітних дисків утримуються в щільно закритих корпусах й їх ремонт не передбачений, щільність доріжок на них дуже висока - до 64 400 і більше на дюйм (ІBM Travelstar 60GH). Блоки HDA (Head Dіsk Assembly - блок голівок і дисків) збирають у спеціальних цехах, в умовах практично повної стерильності. Обслуговуванням HDA займаються лічені фірми, тому ремонт або заміна яких-небудь деталей усередині герметичного блоку HDA обходиться дуже дорого. Вам доведеться змиритися з думкою, що рано або пізно накопичувач вийде з ладу, і питання тільки в тім, коли це відбудеться й чи встигнете ви зберегти свої дані.

Багато користувачів уважають накопичувачі на жорстких дисках самими тендітними й ненадійними вузлами комп'ютерів, і, загалом кажучи, вони праві. Однак під час робіт по апаратному забезпеченню комп'ютерів і проблемам відновлення даних, накопичувачі практично постійно працюють зі знятими кришками. Іноді доводилося навіть знімати й установлювати на місце кришки працюючих накопичувачів, і, незважаючи на це, вони донині продовжують успішно працювати й з кришками, і без них. Зрозуміло, я не раджу вам робити те ж саме зі своїми пристроями; до того ж я ніколи не став би так експериментувати з дорогими дисками великої ємності.