24.2. Накопители на жестких дисках. (Винчестеры)

В 1973г. фирмой IBM был разработан жесткий диск, который мог хранить фантастический по тем временам объем информации - 10 Мбайт. Этот диск имел 30 дорожек (цилиндров), каждая из которых была разбита на 30 секторов. Первоначально ему присвоили название 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими калибр 30/30, такие жесткие диски стали называть «винчестерами».

Диски вместе с головками чтения/записи первоначально были выполнены в виде отдельного модуля, который устанавливался на дисковод, при этом автоматически подключалась система подающая очищенный воздух.

В современных винчестерах пакет дисков постоянно крепится на дисководе, а система принудительной вентиляции отсутствует.

Устройство винчестера

Накопитель содержит один или несколько дисков, смонтированных на оси - шпинделе, приводимом в движение специальным двигателем. Скорость вращения двигателя составляет 3600 об/мин. В современных моделях винчестеров она достигает 19800 об/мин. Максимальное значение скорости ограничено механической прочностью пластин дисков.

Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью керамические (стеклянные) или алюминиевые пластины, на которые и нанесен специальный магнитный слой (покрытие). Количество дисков колеблется от 1 до 5 и более. Число рабочих поверхностей, соответственно, в два раза больше. Иногда, однако, наружные поверхности крайних дисков для хранения не используются. Информация на дисках располагается на концентрических дорожках (треках). Каждый трек разбит насекторы фиксированного размера. Сектор и является минимальным объемом информации, который может быть записан на диск, или считан с него. Если накопитель имеет несколько рабочих поверхностей (на шпинделе размещен пакет дисков), то совокупность всех треков с одинаковыми поверхностями составляетцилиндр.

Наиболее важной частью любого накопителя являются головки чтения записи (read/writehead). Для каждой рабочей поверхности в накопителе имеется своя головка. Как правило, головки находятся на специальном позиционере, напоминающем рычаг звукоснимателя на проигрывателе грампластинок. В настоящее время все чаще используются нелинейные позиционеры (с линейными соленоидальными двигателями).

Головки чтения/записи подразделяются на несколько типов: монолитные, композитные, тонкопленочные и магнито-резистивные.

Наиболее перспективными из них являются магнито-резистивные головки, разработанные также фирмой IBM. Собственно, магнито-резистивная головка представляет из себя сборку из двух головок: тонкопленочной для записи и магнито-резистивной для чтения. Каждая из головок оптимизирована под свою задачу.

Тонкопленочная головка имеет обычный индуктивный принцип действия (переменный ток порождает магнитное поле). В магнито-резистивных головках изменяется сопротивление чувствительного элемента в зависимости от величины индукции магнитного поля. Заметим, что применение магнито-резистивных головок позволило в 1,5 раза повысить плотность записи на носителе.

Отметим, что в современных винчестерах головки как бы «летят» над поверхностью дисков на расстоянии доли микрона (~ 0,1 мкм). Это расстояние уменьшается до 0,05 мкм.

Привод движения головок, вообще говоря, представляет собой замкнутую динамическую систему (следящую или сервосистему). Для нормального функционирования сервосистемы накопителя необходима предварительно записанная сервоинформация. Именно она позволяет позиционеру постоянно знать своё точное местоположение. Для записи сервоинформации система позиционирования может использовать выделенные и/или рабочие поверхности носителя.

Кроме перечисленных компонент винчестеры обязательно содержат электронный модуль. Назначение:

- расшифровка команд контролера жесткого диска;

- стабилизация скорости вращения двигателя;

- генерирование сигналов для записывающих головок;

- усиление сигналов от головок чтения и т.д.

Для разработки электронного модуля в современных винчестерах, как правило, применяют цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Непременными компонентами большинства винчестеров являются барометрические фильтры, выравнивающие внутреннее и наружное давление, а также обычные воздушные фильтры.