2.1.1.1 Накопители на жестких магнитных дисках.

В НЖМД внутри накопителя устанавливается несколько пластин (дисков), или платтеров, покрытых феромагнитным слоем. Пластины имеют диаметр 3,5” или 5,25”.

Механизм герметически запечатан в корпус с частичным вакуумом внутри. Среда внутри диска должна быть очищена от пыли, для этого воздух попадающий в HDA пропускается через специальные фильтры. Двигатель, вращающий диск с постоянной скоростью, включается при подаче питания на диск и остается включенным до снятия питания.

Между пластинами существует расстояние для читающей/записывающей головки, установленной на конце двигающегося рычага. Головка удалена от пластины на долю миллиметра. В первых системах эта дистанция составляла 0,2 мм, а на сегодняшний день она сокращена до 0,07 мм. Поэтому малейшее загрязнение может разрушить головку, сблизив её с диском, а так же повредить магнитное покрытие диска.

Головки рассчитаны таким образом, чтобы касаться диска только после его остановки, когда питание отключено. При снижении оборотов вращения воздушный поток ослабевает и, когда прекращается полностью, головка осторожно касается поверхности диска. Точку касания называют зоной посадки LZ, которая специально предназначена для касания головки и не содержит данных.

Когда диск форматируют на физическом уровне, он разделяется на секторы и дорожки. Физически дорожки расположены друг над другом и образуют цилиндры, которые потом делятся по секторам. В одном секторе 512 байтов. Сектор – минимальная единица измерения размера диска. Все жесткие диски имеют резервные сектора, которые используются его схемой управления, если на диске обнаружены дефектные сектора.

Внутри винчестера находятся электронные компоненты, необходимые для управления нормальным функционированием привода (расшифровка команд контроллера диска, стабилизация скорости вращения, генерирование сигналов для головок записи и усиление сигналов от головок чтения и т.д.).

НЖМД могут содержать о 256 Кбайт до 8 Мбайт кэш-памяти, которая хранит всю информацию о секторах, цилиндрах и предоставляет её в случае необходимости. Контроллер диска так же обрабатывает сервоинформацию, которая обеспечивает непрерывную коррекцию позиции головки. Эта информация может содержаться на одной из пластин или вперемежку с остальными данными на всех пластинах.

Любая операция чтения (записи) информации с (на) магнитного диска состоит из трех этапов.

1 этап – механический подвод магнитной головки к дорожке, содержащей требуемые данные;

2 этап – обеспечение ожидания момента, пока требуемая запись окажется в зоне магнитной головки;

3 этап – процесс обмена информацией между вычислительной машиной и магнитным диском.

Основные характеристики НЖМД:

• скорость вращения дисков;

• время ожидания (среднее время доступа к сектору в процессе вращения);

• время поиска (итоговое время, необходимое для поиска головкой чтения/записи физического расположения данных на диске);

• среднее время доступа дисковода (интервал между моментом запроса к данным и моментом доступа к ним);

• скорость передачи диска (скорость с которой данные передаются на дисковод и считываются с него);

• скорость передачи данных (скорость, с которой данные передаются через шины к ЦП).

В 1991 году IBM разработала технологию AMR, позволяющую создавать магниторезистивные головки, использующие MR-эффект, состоящий в том, что сопротивление феромагнитного сплава изменяется в магнитном поле.

Запись данных на МД используют представления квантовой механики, где спин (вектор вращения) электрона может иметь два направления – вверх и вниз. Электроны с направлением вращения, параллельным направлению поля двигаются свободно, и поэтому соответствует более низкое сопротивление. Наоборот, при движении электронов против действия магнитного поля электроны имеют частые столкновения, создавая более высокое сопротивление. IBM разработала структуры, определенные как спин-клапаны, в которых одна магнитная пленка закреплена, (направление магнитного поля определено), а вторая магнитная пленка или магнитный датчик имеет свободную магнитную ориентацию. Это очень тонкие пленки, расположенные очень близко друг к другу, позволяя электронам вращения двигаться веред и назад между ними. Изменения магнитного поля, исходящего от диска, вызывают изменение магнитной пленки датчика, который в свою очередь изменяет сопротивление своей структуры. Низкое сопротивление возникает когда датчик и скрепленные пленки ориентированы в одном и том же направлении, в этот момент электроны в обеих пластинах свободно вращаются в одном направлении. При обратной ориентации датчика и пластин возникает большое сопротивление.

IBM производит универсальные головки чтения/записи по данной технологии. Они состоят из тонкой индуктивной пленки, пишущего и читающего элемента. Элемент чтения состоит из датчика между двумя магнитными экранами. Магнитные экраны защищают от воздействия внешних магнитных полей, поэтому датчик по существу «видит» только магнитное поле данных, которые и считывает.