 |
Ремонт и upgrade компьютеров своими рукамиОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ НАКОПИТЕЛЕЙ НА ЖЕСТКИХ ДИСКАХ |
|||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||
| Если у вас появятся вопросы, не освещенные на нашем сайте, вы можете задать вопрос непосредственно нашим специалистам по электронной почте: upgradecomputer@yandex.ru
|
Существует много различных типов накопителей на жестких дисках, но практически все они состоят из одних и тех же основных деталей. Конструкции этих деталей, а также качество используемых материалов могут быть различными, но основные их рабочие характеристики и принципы функционирования одинаковы. К основным элементам конструкции типичного накопителя на жестком диске (рис. 10.6) относятся следующие: ■ диски; ■ головки чтения/записи; ■ механизм привода головок; ■ двигатель привода дисков; ■ печатная плата со схемами управления; ■ кабели и разъемы; ■ элементы конфигурации (перемычки и переключатели). Диски, двигатель привода дисков, головки и механизм привода головок обычно размещаются в герметичном корпусе, который называется HDA {Head Disk Assembly — блок головок и дисков). Обычно этот блок рассматривается как единый узел; его почти никогда не вскрывают. Прочие узлы, не входящие в блок HDA (печатная плата, лицевая панель, элементы конфигурации и монтажные детали) являются съемными.
Рис. 10.6. Основные узлы накопителя на жестком диске
Диски Обычно в накопителе содержится один или несколько магнитных дисков. За прошедшие годы установлен ряд стандартных размеров накопителей, которые определяются в основном величиными дисков, а именно: ■ 5,25 дюйма (на самом деле — 130 мм, или 5,12 дюйма); ■ 3,5 дюйма (на самом деле — 95 мм, или 3,74 дюйма); ■ 2,5 дюйма (на самом деле — 65 мм, или 2,56 дюйма); ■ 1 дюйм (на самом деле — 34 мм, или 1,33 дюйма). Существуют также накопители с дисками больших размеров, к примеру 8 дюймов, 14 дюймов и даже больше, но, как правило, эти устройства в персональных компьютерах не используются. Сейчас в настольных и некоторых портативных моделях чаще всего устанавливаются накопители формата 3,5 дюйма, а малогабаритные устройства (формата 2,5 дюйма и меньше) — в портативных системах. В 1998 году компания IBM представила накопитель, получивший название Micro-Drive, каждый жесткий диск того в настоящее время может содержать до 1 Гбайт данных при величиных, составляющих примерно четверть диаметра стандартного диска! Эти накопители существуют в физическом и электрическом формате платы Compact Flash (CF) Type II, т. е. могут использоваться практически в любом устройстве, то поддерживает CF-платы. К подобным устройствам относятся цифровые камеры, персональные «карманные» компьютеры PDA, МРЗ-проигрыватели и другие устройства, использующие модули памяти Compact Flash. Через несколько лет ряд компаний, в частности HP, Calluna и Toshiba, начали разработку 1,8-дюймовых накопителей. В настоящее время только Toshiba продолжает производить накопители этого формата. В 2000 году специалисты компании Toshiba представили 1,8-дюймовый накопитель, созданный в физическом формате PC Card Type П. Эти накопители, емкость которых достигает 5 Гбайт и более, могут использоваться в портативных компьютерах, а также в любом другом устройстве, позволяющем установить стандартную плату PC Card. В большинстве накопителей устанавливается минимум два диска, хотя в некоторых малых моделях бывает и по одному. Количество дисков ограничивается физическими величиными накопителя, а именно высотой его корпуса. Самое большое количество дисков в накопителях формата 3,5 дюйма, с которым мне приходилось встречаться, равно 11. Раньше почти все диски производились из алюминиевого сплава, довольно прочного и легкого. Но со временем возникла потребность в накопителях, сочетающих малые размеры и большую емкость. Поэтому в качестве основного материала для дисков стало использоваться стекло, а точнее, композитный материал на основе стекла и керамики. Один из таких материалов называется МетСог и производится компанией Dow Corning. Он значительно прочнее, чем каждый из его компонентов в отдельности. Стеклянные диски отличаются большей прочностью и жесткостью, поэтому их можно сделать в два раза тоньше алюминиевых (а иногда еще тоньше). Кроме того, они менее восприимчивы к перепадам температур, т. е. их размеры при нагреве и охлаждении изменяются весьма незначительно. В настоящее время в некоторых накопителях, выпускаемых такими компаниями, как IBM, Seagate, Toshiba, Areal Technology, Western Digital и Maxtor, уже используются стеклянные или стеклокерамические диски. А в ближайшие годы большинство производителей перейдут на выпуск стеклянных дисков, которые заменят стандартные алюминиевые. Рабочий Слой Диска Винчестера Независимо от того, какой материал используется в качестве основы диска, он покрывается тонким слоем вещества, способного сохранять остаточную намагниченность после воздействия внешнего магнитного поля. Этот слой называется рабочим или магнитным, и именно в нем сохраняется записанная информация. Самыми распространенными являются следующие типы рабочего слоя: ■ оксидный; ■ тонкопленочный; ■ двойной антиферромагнитный (antiferromagnetically coupled — AFC). Оксидный слой Оксидный слой представляет собой полимерное покрытие с наполнителем из окиси железа. Наносят его следующим образом. Сначала на поверхность быстро вращающегося алюминиевого диска разбрызгивается суспензия порошка оксида железа в растворе полимера. За счет действия центробежных сил она равномерно растекается по поверхности диска от его центра к внешнему краю. После полимеризации раствора поверхность шлифуется. Затем на нее наносится еще один слой чистого полимера, обладающего достаточной прочностью и низким коэффициентом трения, и диск окончательно полируется. Если вам удастся заглянуть внутрь накопителя с такими дисками, то вы увидите, что они коричневого или желтого цвета. Чем выше емкость накопителя, тем более тонким и гладким должен быть рабочий слой дисков. Но добиться качества покрытия, необходимого для накопителей большой емкости, в рамках традиционной технологии оказалось невозможным. Поскольку оксидный слой довольно мягкий, он крошится при «столкновениях» с головками (к примеру, при случайных сотрясениях накопителя). Диски с таким рабочим слоем использовались с 1955 года, и продержались они так долго благодаря простоте технологии и низкой стоимости. Однако в современных моделях накопителей они полностью уступили место тонкопленочным дискам. Тонкопленочный слой Тонкопленочный рабочий слой имеет меньшую толщину, он прочнее, и качество его покрытия гораздо выше. Эта технология легла в основу производства накопителей нового поколения, в которых удалось существенно уменьшить величину зазора между головками и поверхностями дисков, что позволило повысить плотность записи. Сначала тонкопленочные диски использовались только в высококачественных накопителях большой емкости, но сейчас они применяются практически во всех накопителях. Термин тонкопленочный рабочий слой очень удачен, так как это покрытие гораздо тоньше, чем оксидное. Тонкопленочный рабочий слой называют также гальванизированным или напыленным, поскольку наносить тонкую пленку на поверхность дисков можно по-разному. Тонкопленочный гальванизированный рабочий слой получают путем электролиза. Это происходит почти так же, как при хромировании бампера автомобиля. Алюминиевую подложку диска последовательно погружают в ванны с различными растворами, в результате чего она покрывается несколькими слоями металлической пленки. Рабочим слоем служит слой из сплава кобальта толщиной всего около 1 микродюйма (приблизительно 0,025 мкм). Метод напыления рабочего слоя заимствован из полупроводниковой технологии. Суть его сводится к тому, что в специальных вакуумных камерах вещества и сплавы вначале переводятся в газообразное состояние, а затем осаждаются на подложку. На алюминиевый диск сначала наносится слой фосфорита никеля, а затем магнитный кобальтовый сплав. Его толщина при этом оказывается равной всего 1–2 микродюйма (0,025–0,05 мкм). Аналогично поверх магнитного слоя на диск наносится очень тонкое (порядка 0,025 мкм) углеродное защитное покрытие, обладающее исключительной прочностью. Это самый дорогостоящий процесс из всех описанных выше, так как для его проведения важны условия, приближенные к полному вакууму. Как уже отмечалось, толщина магнитного слоя, полученного методом напыления, составляет около 0,025 мкм. Его исключительно гладкая поверхность позволяет сделать зазор между головками и поверхностями дисков гораздо меньшим, чем это было возможно раньше (0,076 мкм). Чем ближе к поверхности рабочего слоя располагается головка, тем выше плотность расположения зон смены знака на дорожке записи и, следовательно, плотность диска. Кроме того, при увеличении напряженности магнитного поля по мере приближения головки к магнитному слою увеличивается амплитуда сигнала; в результате соотношение «сигнал-шум» становится более благоприятным. И при гальваническом осаждении, и при напылении рабочий слой получается очень тонким и прочным. Поэтому вероятность «выживания» головок и дисков в случае их контакта друг с другом на большой скорости существенно повышается. И действительно, современные накопители с дисками, имеющими тонкопленочные рабочие слои, практически не выходят из строя при вибрациях и сотрясениях. Оксидные покрытия в этом отношении гораздо менее надежны. Если бы вы смогли заглянуть внутрь корпуса накопителя, то увидели бы, что тонкопленочные покрытия дисков напоминают серебристую поверхность зеркал. Двойной антиферромагнитный слой Последним достижением в технологии изготовления носителей жестких дисков является использование антиферромагнитных двойных слоев (antiferromagnetically coupled — AFC), позволяющих существенно увеличить плотность рабочего слоя, превысив наложенные ранее ограничения. Увеличение плотности материала дает возможность уменьшить толщину магнитного слоя диска. Плотность записи жестких дисков (которая выражается в количестве дорожек на дюйм или в числе бит на дюйм) достигла той точки, в той кристаллы магнитного слоя, используемые для хранения данных, становятся настолько малы, что это приводит к их нестабильности и, как следствие, к низкой надежности запоминающего устройства. Границы плотности, получившие название суперпарамагнитного ограничения, должны находиться в пределах от 30 до 50 Гбит/квадратный дюйм. В настоящее время плотность записи данных уже достигла 35 Гбит/квадратный дюйм, т. е. суперпарамагнитное ограничение становится довольно существенным фактором, определяющим свойства создаваемых накопителей. AFC-носители состоят из двух магнитных слоев, сайтенных довольно тонкой пленкой металлического рутения, толщина той 3 атома (6 ангстрем). Для описания этого сверхтонкого слоя рутения использовался шутливый термин «pixie dust» (пыльца эльфов), придуманный в IBM. Подобная многослойная конструкция образует антиферромагнитное соединение, состоящее из верхнего и нижнего магнитных слоев, что позволяет различать магнитные слои (верхний и нижний) по всей видимой высоте жесткого диска. Такая конструкция дает возможность использовать физически более толстые магнитные слои, имеющие более устойчивые кристаллы большого величины, благодаря чему носители могут функционировать как ординарный слой, отличающийся гораздо меньшей общей толщиной. В 2001 году компания IBM использовала АРС-технологию при создании целой серии 2,5-дюймовых накопителей Travelstar 30GN для портативных компьютеров; жесткие диски этого типа стали первыми накопителями с рабочим слоем AFC, появившимися на рынке. Кроме того, IBM начала создавать 3,5-дюймовые накопители с рабочим слоем AFC, используемые в настольных компьютерах. Первым накопителем этого типа стал Deskstar 120 GXP. Я полагаю, что вскоре и другие производители начнут изготавливать жесткие диски по этой технологии. Использование рабочего слоя AFC позволит, как ожидается, повысить плотность записи данных до 1000 Гбит/квадратный дюйм и более. Головки Чтения/Записи Жд В накопителях на жестких дисках для каждой из сторон каждого диска предусмотрена собственная головка чтения/записи. Все головки смонтированы на общем подвижном каркасе и перемещаются одновременно. Конструкция каркаса с головками довольно проста. Каждая головка установлена на конце рычага, закрепленного на пружине и слегка прижимающего ее к диску. Мало кто знает о том, что диск как бы зажат между парой головок (сверху и снизу). И если бы это не повлекло за собой никаких последствий, можно было бы провести небольшой эксперимент: открыть накопитель и приподнять пальцем верхнюю головку. Как только бы вы ее отпустили, она вернулась бы в первоначальное положение (то же самое произошло бы и с нижней головкой). На рис. 10.7 отображена стандартная конструкция механизма привода головок с подвижной катушкой. Когда накопитель выключен, головки касаются дисков под действием пружин. При раскручивании дисков аэродинамическое давление под головками повышается и они от— 
Рис. 10.7. Головки чтения/записи и поворотный привод с
подвижной катушкой
рываются от рабочих поверхностей («взлетают»). Когда диск
вращается на полной скорости, зазор между ним и головками может составлять 0,5–5
микродюймов и даже больше. В начале 1960-х годов величина зазора между диском и
головками составляла 200–300 микродюймов; в современных накопителях она
достигает 10 нанометров или 0,4 микродюйма.
Внимание!
Общая тенденция такова: чем раньше был выпущен накопитель и
чем меньше его емкость, тем больше зазор между головками и поверхностями
дисков. Именно из-за малого величины этого зазора блок HDA можно вскрывать
только в абсолютно чистых помещениях: любая пылинка, попавшая в зазор, может
привести к ошибкам при считывании данных и даже к столкновению головок с
дисками на полном ходу. В последнем случае может быть повреждена или головка,
или диск, что одинаково неприятно.
Именно поэтому сборка блоков HDA выполняется только в чистых
помещениях, соответствующих требованиям класса 100 (или даже более высоким).
Это означает, что в одном кубическом футе воздуха может присутствовать не более
100 пылинок размером до 0,5 мкм. Для сравнения: стоящий неподвижно человек
каждую минуту выдыхает порядка 500 таких частиц! Поэтому помещения оснащаются
специальными системами фильтрации и очистки воздуха. Блоки HDA можно вскрывать
только в таких условиях.
Поддержка столь стерильных условий стоит немалых денег.
Некоторые фирмы вызапускают «чистые цеха» в настольном исполнении. Стоят они
всего несколько тысяч долларов и выглядят, как большие ящики с прозрачными
стенками, в которые вмонтированы перчатки для рук оператора. Прежде чем
приступить к работе, оператор должен вставить в ящик устройство и все
важные инструменты, затем закрыть ящик и включить систему фильтрации.
Через нето время можно будет начинать разборку и прочие манипуляции с
накопителем.
Существуют и другие способы создания стерильных условий.
Представьте себе, к примеру, монтажный стол, отгороженный от окружающего
пространства воздушной завесой, причем непосредственно на рабочее место под
давлением постоянно подается очищенный воздух. Это напоминает устанавливаемые
на зиму в дверях магазинов «занавески» из горячего воздуха, которые не мешают
проходу, но и не дают теплу из помещения выйти наружу.
Поскольку подобное оборудование стоит довольно дорого, за
ремонт накопителей на жестких дисках обычно берутся только их производители.
Конструкции головок чтения/записи
По мере развития технологии производства дисковых
накопителей совершенствовались и конструкции головок чтения/записи. Первые
головки представляли собой сердечники с обмоткой (электромагниты). По
современным меркам их размеры были огромными, а плотность записи — чрезвычайно
низкой. За прошедшие годы конструкции головок прошли долгий путь развития от
первых головок с ферритовыми сердечниками до современных гигантских
магниторезистивных моделей.
Механизмы Привода Головок Винчестера Пожалуй, еще более важной деталью накопителя, чем сами головки, является механизм, который устанавливает их в нужное положение и называется приводом головок. Таблица 10.3. Зависимость характеристик накопителей от типа привода
Привод с шаговым двигателем Шаговый двигатель — это электродвигатель, ротор того может поворачиваться только ступенчато, т. е. на строго определенный угол. Если покрутить его вал вручную, то можно услышать негромкие щелчки (или треск при быстром вращении), которые возникают всякий раз, когда ротор проходит очередное фиксированное положение. Шаговые двигатели могут устанавливаться только в фиксированных положениях. Размеры этих двигателей невелики (порядка нескольких сантиметров), а форма может быть разной — прямоугольной, цилиндрической и т. д. Шаговый двигатель устанавливается вне 
Рис. 10.8. Внешний вид привода с шаговым двигателем
блока HDA, но его вал проходит внутрь через отверстие с
герметизирующей прокладкой. Обычно двигатель располагается у одного из углов
корпуса накопителя и его можно легко узнать.
Одна из самых серьезных проблем, присущих для механизмов
с шаговыми двигателями, — нестабильность их температур. При нагреве и
охлаждении диски расширяются и сжимаются, в результате чего дорожки смещаются
относительно своих прежних положений. Поскольку механизм привода головок не
позволяет сдвинуть их на расстояние, меньшее одного шага (переход на одну
дорожку), компенсировать эти погрешности температур невозможно. Головки
перемещаются в соответствии с поданным на шаговый двигатель количеством
импульсов.
На рис. 10.8 отображен внешний вид привода с шаговым
двигателем.
Привод с подвижной катушкой Привод с подвижной катушкой используется практически во всех современных накопителях. В отличие от систем с шаговыми двигателями, в которых перемещение головок осуществляется вслепую, в приводе с подвижной катушкой используется сигнал обратной связи, чтобы можно было точно определить положения головок относительно дорожек и скорректировать их в случае необходимости. Такая система обеспечивает более высокое быстродействие, точность и надежность, чем традиционный привод с шаговым двигателем. Привод с подвижной катушкой работает по принципу электромагнетизма. По конструкции он напоминает обычный громкоговоритель. Как известно, в громкоговорителе подвижная катушка, соединенная с диффузором, может перемещаться в зазоре постоянного магнита. При протекании через катушку электрического тока она смещается вместе с диффузором относительно постоянного магнита. Если ток в катушке периодически изменяется (в соответствии со звуковым электрическим сигналом), то возникающие при этом колебания диффузора порождают воспринимаемый человеком звук. В типичной конструкции привода подвижная катушка жестко соединяется с блоком головок и разме— щается в поле постоянного магнита. Катушка и магнит никак не связаны между собой; перемещение катушки осуществляется только под воздействием электромагнитных сил. При появлении в катушке электрического тока она так же, как и в громкоговорителе, смещается относительно жестко закрепленного постоянного магнита, передвигая при этом блок головки. Подобный механизм оказывается весьма быстродействующим и не столь шумным, как привод с шаговым двигателем. В отличие от привода с шаговым двигателем, в устройствах с подвижной катушкой нет заранее зафиксированных положений. Вместо этого в них используется специальная система наведения (позиционирования), которая точно подводит головки к нужному цилиндру (поэтому привод с подвижной катушкой может плавно перемещать головки в любые положения). Эта система называется сервоприводом и отличается от ранее рассмотренной тем, что для точного наведения (позиционирования) головок используется сигнал обратной связи, несущий информацию о реальном взаимном расположении дорожек и головок. Эту систему часто называют системой с обратной связью (или с автоматической регулировкой). Колебания температур не сказываются на точности работы привода с подвижной катушкой и обратной связью. При сжатии и расширении дисков все изменения их размеров отслеживаются сервоприводом, и положения головок (не будучи предопределенными) корректируются должным образом. Для поиска конкретной дорожки используется заранее записанная на диске вспомогательная информация (сервокод) и в процессе работы всегда определяется реальное положение цилиндра на диске с учетом всех отклонений температур. Поскольку сервокод считывается непрерывно, в процессе нагрева накопителя и расширения дисков, к примеру, головки отслеживают дорожку и проблем со считыванием данных не возникает. Поэтому привод с подвижной катушкой и обратной связью часто называют системой слежения за дорожками. Механизмы привода головок с подвижной катушкой бывают двух типов: ■ линейный; ■ поворотный. Эти типы отличаются только физическим расположением магнитов и катушек. Линейный привод Линейный привод (рис. 10.9) перемещает головки по прямой, строго вдоль линии радиуса диска. Катушки располагаются в зазорах постоянных магнитов. Главное достоинство линейного привода состоит в том, что при его использовании не возникают азимутальные погрешности, присущие для поворотного привода. (Под азимутом понимается угол между плоскостью рабочего зазора головки и направлением дорожки записи.) При перемещении с одного цилиндра на другой головки не поворачиваются и их азимут не изменяется. Однако линейный привод имеет существенный недостаток: его конструкция слишком массивна. Чтобы повысить производительность накопителя, нужно снизить массу приводного механизма и самих головок. Чем легче механизм, тем с крупными ускорениями он может перемещаться с одного цилиндра на другой. Линейные приводы намного тяжелее поворотных, поэтому в современных накопителях они не используются. Поворотный привод (см. рис. 10.7) работает по тому же принципу, что и линейный, но в нем к подвижной катушке крепятся концы рычагов головок. При движении катушки относительно постоянного магнита рычаги перемещения головок поворачиваются, передвигая головки к оси или к краям дисков. Благодаря небольшой массе такая конструкция 
Рис. 10.9. Линейный привод с подвижной катушкой
может двигаться с крупными ускорениями, что позволяет
существенно сократить время доступа к данным. Быстрому перемещению головок способствует
и тот факт, что плечи рычагов делаются разными: то, на котором смонтированы
головки, имеет большую длину. К недостаткам этого привода рекомендуется отнести то,
что головки при перемещении от внешних цилиндров к внутренним поворачиваются и
угол между плоскостью магнитного зазора головки и направлением дорожки
изменяется. Именно поэтому ширина рабочей зоны диска (зоны, в той
располагаются дорожки) оказывается зачастую ограниченной (для того чтобы
неизбежно возникающие азимутальные погрешности оставались в допустимых
пределах). В настоящее время поворотный привод используется почти во всех
накопителях с подвижной катушкой.
Сервопривод Для управления приводами с подвижной катушкой в разное время использовались три способа построения петли обратной связи: ■ со вспомогательным «клином»; ■ со встроенными кодами; ■ со специализированным диском. Они различаются технической реализацией, но, по сути, предназначены для достижения одной и той же цели: обеспечивать постоянную корректировку положения головок и их наведение (позиционирование) на соответствующий цилиндр. Основные различия между ними сводятся к тому, на каких участках поверхностей дисков записываются сер-вокоды. При всех способах построения петли обратной связи для ее работы необходима специальная информация (сервокоды), которая записывается на диск при его изготовлении. Обычно она записывается в так называемом коде Грея. В этой системе кодирования при переходе от одного числа к следующему или предыдущему изменяется всего один двоичный разряд. При таком подходе информация считывается и обрабатывается намного быстрее, чем при обычном двоичном кодировании, и определение местоположения головки происходит практически без задержки. Сервокоды записываются на диск при сборке накопителя и не изменяются в течение всего срока его эксплуатации. Запись сервокодов выполняется на специальном устройстве, в котором головки последовательно перемещаются на строго определенные позиции, и в этих положениях на диски записываются упомянутые выше коды. Для точной установки головок в таких устройствах используется лазерный прицел, а расстояния определяются методом интерференции, т. е. с точностью до долей волны лазерного излучения. Поскольку перемещение головок в таком устройстве осуществляется механически (без участия собственного привода накопителя), все работы проводятся в чистом помещении либо с открытой крышкой блока HDA, либо через специальные отверстия, которые по окончании записи сервокодов заклеиваются герметизирующей лентой. Вы можете найти эти заклеенные отверстия на блоке HDA, причем на ленте обязательно будет написано, что, оторвав ее, вы потеряете право на гарантийное обслуживание. Устройства для записи сервокодов стоят около 50 тыс. долларов и часто предназначаются для какой-либо конкретной модели накопителя. Некоторые компании, занимающиеся ремонтом накопителей, располагают такими устройствами, т. е. могут выполнить перезапись сервокодов при повреждении накопителя. Если же в ремонтной компании нет устройства для записи сервокодов, то неисправный накопитель отсылается изготовителю. К счастью, при обычных операциях считывания и записи удалить сервокоды невозможно. Этого нельзя сделать даже при форматировании низкого уровня. Иногда можно услышать страшные истории о том, как в IDE-накопителях сервокоды стирались при неправильном форматировании низкого уровня. Конечно, плохо отформатировав диск, вы можете на порядок ухудшить его параметры, но сервокоды надежно защищены и удалить их невозможно. Поскольку привод с подвижной катушкой отслеживает реальное положение дорожек, ошибки позиционирования, возникающие со временем в накопителях с шаговым двигателем, в данных устройствах отсутствуют. На их работе не сказывается также расширение и сжатие дисков, происходящее вследствие колебаний температур. Во многих современных накопителях с приводом от подвижной катушки в процессе работы через определенные промежутки времени выполняется температурная калибровка. Эта процедура заключается в том, что все головки поочередно переводятся с нулевого на какой-либо другой цилиндр. При этом с помощью встроенной схемы проверяется, насколько сместилась заданная дорожка относительно своего положения в предыдущем сеансе калибровки, и вычисляются важные поправки, которые заносятся в оперативное запоминающее устройство в самом накопителе. Впоследствии эта информация используется при каждом перемещении головок, позволяя устанавливать их с максимальной точностью. В большинстве накопителей температурная калибровка выполняется через каждые 5 мин в течение первого получаса после включения питания, а затем через каждые 25 мин. Некоторые пользователи полагают, что произошла ошибка при считывании данных, но на самом деле просто подошло время очередной калибровки. Заметим, что эта процедура выполняется в большинстве современных интеллектуальных накопителей (IDE и SCSI), что в конечном итоге позволяет подводить головки к дорожкам с максимально возможной точностью. Однако по мере распространения программ мультимедиа подобные перерывы в работе накопителей становятся помехой. Дело в том, что при выполнении калибровки прекращаются все обмены данными с накопителем, и, к примеру, воспроизведение звуковых или видеофрагментов приостанавливается. Поэтому производители таких накопителей начали выпуск их специальных A/V-модификаций (Audio Visual — АЛ/), в которых начало очередной температурной калибровки задерживается до тех пор, пока не закончится текущий сеанс обмена данными. Большинство новых моделей IDE — и SCSI-устройств относится к этому типу, т. е. воспроизведение звуковых и видеофрагментов не прерывается процедурами калибровки. Кстати, о процедурах, выполняемых накопителями автоматически: большинство устройств, которые осуществляют автоматическую температурную калибровку, выполняют также свипирование диска {sweep). Дело в том, что, хотя головки не касаются носителя, они располагаются настолько близко к нему, что начинает сказываться воздушное трение. Несмотря на сравнительно малую величину, оно все же может привести к преждевременному износу поверхности диска в том случае, если головка будет постоянно (или почти постоянно) находиться над одной и той же дорожкой. Чтобы этого не произошло, выполняется следующая процедура. Если головка слишком долго остается неподвижной (т. е. операции считывания и записи не выполняются), то она автоматически перемещается на случайно выбранную дорожку, расположенную ближе к краям диска, т. е. в ту область, где линейная скорость диска максимальна, а следовательно, воздушный просвет между его поверхностью и головкой имеет наибольшую величину. Временная задержка выбирается относительно небольшой (обычно 9 мин). Если после перевода головки диск снова окажется «в несложное» в течение такого же времени, то головка переместится на другую дорожку и т. д. Вспомогательный клин Такая система записи сервокодов использовалась в первых накопителях с подвижной катушкой. Вся информация, необходимая для наведения (позиционирования) головок, записывалась в кодах Грея в узком секторе («клине») каждого цилиндра непосредственно перед индексной меткой. Индексная метка обозначает начало каждой дорожки, т. е. вспомогательная информация записывается в предындексном интервале, расположенном в конце каждой дорожки. Этот участок необходим для компенсации неравномерности вращения диска и тактовой частоты записи, и контроллер диска обычно к нему не обращается. На рис. 10.10 продемонстрирован способ записи сервокодов во вспомогательном клине и с помощью вспомогательных кодов. Некоторым контроллерам необходимо сообщать о том, что к ним подключен накопитель со вспомогательным клином. В результате они корректируют (сокращают) длину секторов, чтобы поместить область вспомогательного клина. Самый существенный недостаток подобной инфраструктуры записи состоит в том, что считывание происходит только один раз при каждом обороте диска. Это означает, что во многих случаях для точного определения и коррекции положения головок диск должен совершить несколько оборотов. Недостаток этот был очевиден с самого начала, поэтому подобные инфраструктуры никогда не были широко распространены, а сейчас и вовсе не используются. 
Рис. 10.10. Вспомогательный клин и встроенные сервокоды
Встроенные коды Такой метод реализации обратной связи представляет собой улучшенный вариант инфраструктуры со вспомогательным клином (см. рис. 10.10). В данном случае сервокоды записываются не только в начале каждого цилиндра, но и перед началом каждого сектора. Это означает, что сигналы обратной связи поступают на схему привода головок несколько раз в течение каждого оборота диска и головки устанавливаются в нужное положение намного быстрее. Еще одно преимущество (по сравнению с системой со специализированным диском) заключается в том, что сервокоды записываются на всех дорожках, поэтому может быть скорректировано положение каждой головки (это касается тех случаев, когда отдельные диски в накопителе нагреваются или охлаждаются по-разному либо подвергаются индивидуальным деформациям). Описанный способ используется в большинстве современных накопителей. Как и в системах со вспомогательным клином, встроенные сервокоды защищены от стирания и любые операции записи блокируются, если головки оказываются над участками со служебной информацией. Поэтому даже при форматировании низкого уровня удалить сервокоды невозможно. Система со встроенными сервокодами работает лучше, чем со вспомогательным клином, потому что служебная информация (сервокоды) считывается несколько раз за каждый оборот диска. Но вполне очевидно, что еще более эффективной должна быть система, при той цепь обратной связи работает непрерывно, т. е. сервокоды считываются постоянно. инфраструктуры со специализированным диском При реализации данного способа сервокоды записываются вдоль всей дорожки, а не только один раз в ее начале или в начале каждого сектора. Естественно, если так посту— 
Рис. 10.11. Система со специализированным диском
пить со всеми дорожками накопителя, то в нем не останется
места для данных. Поэтому одна сторона одного из дисков выделяется
исключительно для записи сервокодов. Термин специализированный диск означает,
что одна сторона диска предусмотрена только для записи служебной информации
(сервокодов) и данные здесь не хранятся. Такой подход на первый взгляд может
показаться довольно расточительным, но необходимо учесть, что ни на одной из
сторон остальных дисков сервокоды уже не записываются. Поэтому общие потери
дискового пространства оказываются примерно такими же, как и при использовании
инфраструктуры встроенных кодов.
При сборке накопителей со специализированным диском одна из
сторон определенного диска изымается из нормального использования для операций
чтения/записи; вместо этого на ней записывается последовательность сервокодов,
которые в дальнейшем используются для точного позиционирования головок. Причем
обслуживающая эту сторону диска сервоголовка не может быть переведена в режим
записи, т. е. сервокоды, как и во всех рассмотренных выше системах, невозможно
стереть ни при обычной записи данных, ни при форматировании низкого уровня. На
рис. 10.11 приведена схема накопителя со специализированным диском для
сервокодов. Чаще всего верхняя головка или одна из центральных головок
предназначены для считывания сервокодов.
Когда в накопитель поступает команда о переводе головок на
конкретный цилиндр, внутреннее электронное устройство использует полученные
сервоголовкой сигналы для точного определения положения всех остальных головок.
В процессе движения головок номера дорожек непрерывно считываются с поверхности
специализированного диска. Когда под сервоголовкой оказывается искомая дорожка,
привод останавливается. После этого выполняется точная настройка положения
головок и лишь затем выдается сигнал разрешения записи. И хотя только одна
головка (сервоголовка) используется для считы—
вания сервокодов, все остальные смонтированы на общем
жестком каркасе, поэтому если одна головка будет находиться над нужным
цилиндром, то и все остальные тоже.
Отличительный признак накопителя со специализированным
диском — нечетное количество головок. к примеру, в накопителе MK-538FB компании
Toshiba емкостью 1,2 Гбайт установлено 8 дисков, в то время как головок
чтения/записи всего 15. Шестнадцатая — это сервоголовка, работающая только со
специализированным диском. Практически во всех накопителях большой емкости
используется описанный способ записи сервокодов, благодаря которому их
считывание происходит постоянно, независимо от положения головок. Это позволяет
добиться максимальной точности позиционирования головок. Существуют также
накопители, в которых сочетаются оба метода корректировки положения головок: со
встроенными кодами и со специализированным диском. Однако такие «гибриды»
встречаются крайне редко.
автоматическая парковка головок При выключении питания с помощью инфраструктуры CSS (contact start stop — контактная парковочная система) рычаги с головками озапускаются на поверхности дисков. Накопители способны выдержать тысячи «взлетов» и «посадок» головок, но желательно, чтобы они происходили на специально предназначенных для этого участках поверхности дисков, на которых не записываются данные. При этих взлетах и посадках происходит износ (абразия) рабочего слоя, так как из-под головок вылетают «клубы пыли», состоящие из частиц рабочего слоя носителя; если же во время взлета или посадки произойдет сотрясение накопителя, то вероятность повреждения головок и дисков существенно возрастет. Более современные накопители, использующие механизм загрузки/разгрузки, включают в себя наклонную пластину, установленную непосредственно над внешней поверхностью жестких дисков, что позволяет избежать контакта между головками и жесткими дисками даже при отключении накопителя. После прекращения подачи напряжения накопитель с механизмом загрузки/разгрузки автоматически «паркует» головки на наклонной пластине. Одним из преимуществ привода с подвижной катушкой является автоматическая парковка головок. Когда питание включено, головки позиционируются и удерживаются в рабочем положении за счет взаимодействия магнитных полей подвижной катушки и постоянного магнита. При выключении питания поле, удерживающее головки над конкретным цилиндром, исчезает, и они начинают бесконтрольно скользить по поверхностям еще не остановившихся дисков, что может стать причиной повреждений. Для того чтобы предотвратить возможные повреждения накопителя, поворотный блок головок подсоединяется к возвратной пружине. Когда компьютер включен, магнитное взаимодействие обычно превосходит упругость пружины. Но при отключении питания головки под воздействием пружины перемещаются в зону парковки до того, как диски остановятся. По мере уменьшения частоты вращения дисков головки с присущим потрескиванием «приземляются» именно в этой зоне. Таким образом, чтобы в накопителях с приводом от подвижной катушки привести в действие механизм парковки головок, достаточно просто выключить компьютер; никакие специальные программы для этого не нужны. В случае внезапного исчезновения питания головки паркуются автоматически. Воздушные фильтры Почти во всех накопителях на жестких дисках используется два воздушных фильтра: фильтр рециркуляции и барометрический фильтр. В отличие от сменных фильтров, которые устанавливались в старых накопителях больших машин, они располагаются внутри корпуса и не подлежат замене в течение всего срока службы накопителя. В старых накопителях происходила постоянная перекачка воздуха снаружи внутрь устройства и наоборот сквозь фильтр, который нужно было периодически менять. В современных устройствах от этой идеи отказались. Фильтр рециркуляции в блоке HDA предназначен только для очистки внутренней «атмосферы» от небольших частиц рабочего слоя носителя, которые, несмотря на все предпринимаемые меры, все же осыпаются с дисков при взлетах и посадках головок (а также от любых других мелких частиц, которые могут проникнуть внутрь HDA). Поскольку накопители персональных компьютеров герметизированы и в них не происходит перекачки воздуха снаружи, они могут работать даже в условиях сильного загрязнения окружающего воздуха (рис. 10.12). Выше отмечалось, что блок HDA герметичен, однако это не совсем так. Внешний воздух проникает внутрь HDA сквозь барометрический фильтр, так как это необходимо для выравнивания давления изнутри и снаружи блока. Именно потому, что жесткие диски не являются полностью герметичными устройствами, изготовители указывают для них диапазон высот над уровнем моря, в котором они сохраняют работоспособность (обычно от -300 до +3 000 м). Для некоторых моделей максимальная высота подъема ограничена 2 000 м, поскольку в более разреженном воздухе просвет между головками и поверхностями носителей оказывается недостаточным. По мере изменения атмосферного давления воздух выходит из накопителя или, наоборот, проникает в него сквозь вентиляционное отверстие, чтобы выровнять давление снаружи и внутри устройства. Тем не менее это не 
Рис. 10.12. Циркуляция воздуха в накопителе на жестком диске
приводит к загрязнению «атмосферы» внутри накопителя. Дело в
том, что барометрический фильтр, установленный на этом отверстии, способен
задерживать частицы размером более 0,3 мкм, что соответствует стандартам
чистоты атмосферы внутри блока HDA. В некоторых устройствах используются более
плотные (тонкие) фильтры, позволяющие задерживать еще более мелкие частицы. Вы
легко обнаружите вентиляционные отверстия на большинстве блоков HDA, в то время
как сами барометрические фильтры находятся внутри блока.
Несколько лет назад я проводил на Гавайях семинар, на
котором присутствовали несколько сотрудников астрономической обсерватории,
расположенной на горе Мауна-Кеа. Они жаловались, что во всех их компьютерах
жесткие диски очень быстро выходят из строя, а некоторые отказываются работать
с самого начала. В этом нет ничего удивительного, поскольку обсерватория
находится на вершине горы, высота той 4200 м, а в таких условиях даже люди ощущают, мягко говоря, дискомфорт. Поэтому всем сотрудникам
обсерватории было предписано пользоваться для хранения данных только дискетами
или накопителями на магнитной ленте. Через нето время компания Adstar
(дочернее предприятие IBM, занимающееся производством жестких дисков)
разработала серию полностью герметичных накопителей (но, конечно, с воздухом
внутри) формата 3,5 дюйма. Поскольку воздух в этих устройствах находится под
давлением, подобные накопители могут работать на любой высоте над уровнем моря
(к примеру, в самолете) и даже в экстремальных условиях — выдерживать
сотрясения, колебания температур и т. д. Такие накопители предназначены для
военных и промышленных целей.
.
Вся информация собрана из открытых источников. При испльзовании материалов, размещайте ссылку на источник. |
