Винчестеры

Накопитель содержит один или несколько дисков смонтированных на оси шпинделя приводимом в движение специальным двигателем, скорость вращения для обычных моделей 3600 об/мин., в современных моделях 4500, 5400, 7200 об/мин.

Диски это обработанные с высокой точностью алюминиевые и керамические со специальным магнитным покрытием. Стеклянные диски используются в винчестерах фирмы Seagate. Количество дисков от 1 до 5 и выше. Наиболее важная часть накопителя это головки чтения и записи. Они размещаются на специальном позиционере, которые могут быть вращающимися и линейными.

В винчестерах используются:

• композитные;

• монолитные;

• тонкопленочные;

• магниторезистивные головки.

Монолитные делают из феррита, композитные головки делают из стекла на керамическом основании, в тонкопленочных головках используется метод фотолитографии, когда слой проводящего материала осаждается на неметаллическом основании. Магниторезистивная головка это сборка их двух головок: тонкопленочная для записи и магниторезистивная для чтения. В тонкопленочной головке используется индуктивный принцип действия. В магниторезистивной с изменением магнитного потока меняется сопротивление чувствительного элемента.

Фирма Maxtorразработала магнитные головки с виртуальными контактами, которые могут касаться поверхности носителя. Головка как бы <летит> на расстоянии доли микрона порядка 0,13мк метра. В перспективных моделях расстояние уменьшается 0,06мк метра. Позиционер головок перемещается с помощью соленоидального двигателя. Они имеют высокую скорость перемещения, практическую нечувствительность к изменениям температуры и положениям привода. При их использовании реализуется автоматическая парковка головок записи и чтения при отключении питания.

Привод движения представляет собой замкнутую серво систему, для которой необходима предварительно записанная серво информация, которая записывается на выделенные и (или) рабочие поверхности носителя.В зависимости от этого различают:

• выделенные;

• встроенные;

• гибридные серво системы.

Выделенные наиболее дороги, но и наиболее быстродействующие. Встроенные дешевле и менее критичны к механическим ударам и колебаниям температуры, но медленнее. Гибридные используют преимущества двух выше названных. Наиболее используется встроенная. Кроме этого в винчестере находится плата с электронными компонентами для расшифровки команды контроллера жесткого диска, стабилизации скорости вращения двигателя, генерации сигналов головок записи и усиление от головок чтения.

Цифровая информация

Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, сопровождаемый переменным магнитным полем. Переменный ток подается на головку записи-чтения. Магнитное покрытие диска это множество доменов спонтанной намагниченности. При воздействии магнитного поля головки магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с ее направлением. После снятия внешнего поля на поверхности остаются зоны остаточной намагниченности в форме концентрической окружности. Совокупность таких дорожек расположенных друг над другом на всех рабочих поверхностях дисков называют цилиндром. Дорожки разбиты на дуги (сектора). При размещении бит на дорожке используются различные методы кодирования и записи данных. До недавнего времени наиболее распространенным был способ модифицированной частотной модуляции (МИМ), по которому каждому изменению знаку намагниченности присваивалось значение бита данных.

В настоящее время используется более эффективное по плотности групповое RLL кодирование. Дорожки на внешних цилиндрах больше чем на внутренних. При одинаковом количестве секторов плотность записи на внутренних должна быть больше чем на внешних - этот процесс называется перекомпенсацией. В настоящее время используется метод зонно-секционной записи, когда все пространство диска делится на несколько зон, причем во внешних зонах секторов больше чем во внутренних.

Для уменьшения числа ошибочных срабатываний при детектировании пиков аналогичных сигналов от головки применяются алгоритмы цифровой фильтрации входного сигнала, например PRML. Для получения на магнитном носителе структуры диска из дорожек, секторов, цилиндров над ним выполняют физическое или низкоуровневое форматирование. Контроллер записывает на носитель служебную информацию, определяющую разметку цилиндров диска на сектора и нумеруют их. Структура формата включает в себя байты синхронизации, указывающие начало сектора, идентификационные заголовки (номера головки, сектора, цилиндра), а также байты циклического контроля четности CRC и коды для обнаружения ошибок ECC. Так же осуществляется маркировка дефектных секторов для исключения обращений к ним при эксплуатации. Для автоматического замещения дефектных секторов используются алгоритмы, заключающиеся в том, что на каждом цилиндре создаются резервные сектора и для каждой зоны несколько запасных цилиндров. При сбое сектора или дорожки в служебные поля записываются адреса резервного сектора или дорожки.

В других алгоритмах использующих таблицы перекодировки сбойные сектора не подвергаются обращениям. Все ведущие производители винчестеров (IBM, WD и т.д.) поддерживают технологию S.M.A.R.T. предполагающую внутреннюю диагностику винчестера благодаря встроенным в контроллер процедурам, которые путем опроса датчиков постоянно следят за состоянием двигателя головок контроллера, поверхности носителя. Все накопители характеризуются емкостью, средним временем доступа к данным, скоростью передачи данных, средним временем безотказной работы. Среднее время доступа это временной интервал представляющий собой сумму времени для ЕЕ.

Для накопителей указываются как внутреннее (от носителя к встроенному интерфейсу привода) так и внешняя скорость передачи данных (ото носителя к системной локальной шине). Среднее время безотказной работы MTBF вычисляется как статическая величина.