Z czego składa się dysk twardy?
Dysk twardy, dysk twardy, dysk twardy - wszystkie te nazwy są nazwami jednego z dobrze znanych urządzeń pamięci masowej. W tym materiale opowiadamy o technicznej podstawie takich napędów, o tym, jak można na nich przechowywać informacje oraz o innych niuansach technicznych i zasadach działania.
Treść
Urządzenie dysku twardego
Na podstawie pełnej nazwy tego urządzenia pamięci masowej - dysku twardego (HDD) - możesz bez trudu zrozumieć, co leży u podstaw jego pracy. Ze względu na niski koszt i trwałość te nośniki pamięci są instalowane na różnych komputerach: komputerach PC, laptopach, serwerach, tabletach itp. Charakterystyczną cechą dysku twardego jest możliwość przechowywania ogromnych ilości danych przy zachowaniu bardzo małych rozmiarów. Poniżej opisujemy jego wewnętrzną strukturę, zasady pracy i inne cechy. Zacznijmy!
Zasilacz i płytka elektroniki
Zielone włókna szklane i miedziane ścieżki, wraz ze złączami do podłączenia zasilania i gniazda SATA, nazywane są płytkami drukowanymi (PCB). Ten układ scalony służy do synchronizacji dysku z komputerem PC i prowadzenia wszystkich procesów wewnątrz dysku twardego. Czarny aluminiowy korpus i to, co jest w nim, nazywa się szczelną jednostką (Head and Disk Assembly, HDA).
W centrum układu scalonego znajduje się duży układ scalony - jest to mikrokontroler (jednostka mikrokontrolera, MCU). W dzisiejszych dyskach twardych mikroprocesor zawiera dwa komponenty: centralną jednostkę obliczeniową (Central Processor Unit, CPU), która wykonuje wszystkie obliczenia, oraz kanał odczytu i zapisu , specjalne urządzenie, które tłumaczy sygnał analogowy z głowy na dyskretny, gdy jest zajęty czytaniem i na odwrót z cyfrowego na analogowy podczas nagrywania. Mikroprocesor ma porty wejścia / wyjścia , którymi steruje innymi elementami znajdującymi się na płycie, i dokonuje wymiany informacji poprzez połączenie SATA.
Drugi układ, umieszczony na schemacie, to pamięć DDR SDRAM (układ pamięci). Jego liczba określa objętość pamięci podręcznej dysku twardego. Ten układ jest podzielony na pamięć oprogramowania wbudowanego, częściowo zawartego w pamięci flash, oraz na bufor wymagany przez procesor w celu załadowania modułów oprogramowania układowego.
Trzeci układ nazywany jest kontrolerem silnika cewki drgającej (kontrolerem VCM). Zarządza dodatkowymi zasilaczami, które znajdują się na płycie. Są zasilane mikroprocesorem i przełącznikiem przedwzmacniacza zawartym w zamkniętym urządzeniu. Sterownik ten wymaga więcej energii niż pozostałe komponenty na płycie, ponieważ odpowiada za obrót wrzeciona i ruch głowic. Rdzeń przedwzmacniacza przełączającego może pracować podczas podgrzewania do 100 ° C! Kiedy dysk twardy jest zasilany, mikrokontroler rozładowuje zawartość pamięci flash do pamięci i rozpoczyna wykonywanie instrukcji. Jeśli kod nie zostanie poprawnie załadowany, HDD nie będzie mógł rozpocząć promocji. Ponadto pamięć flash może być wbudowana w mikrokontroler i nie może być umieszczona na płycie.
Czujnik wstrząsów umieszczony na schemacie określa poziom drgań. Jeśli uzna, że jego natężenie jest niebezpieczne, sygnał zostanie wysłany do silnika i kontrolera głowicy, po czym natychmiast zaparkuje głowice lub całkowicie zatrzyma obrót dysku twardego. Teoretycznie mechanizm ten ma na celu ochronę HDD przed różnymi uszkodzeniami mechanicznymi, jednak w praktyce nie działa z nim dobrze. Dlatego nie jest konieczne upuszczanie dysku twardego, ponieważ może to prowadzić do niewystarczającej pracy czujnika drgań, co może spowodować całkowitą niesprawność urządzenia. Niektóre dyski twarde mają czujniki, które są nadwrażliwe na wibracje i reagują na najmniejsze przejawy wibracji. Dane, które otrzymuje VCM, pomagają w regulacji ruchu głowic, więc dyski są wyposażone w co najmniej dwa takie czujniki.
Innym urządzeniem zaprojektowanym do ochrony dysku twardego jest przejściowy ogranicznik napięcia (TVS), zaprojektowany w celu zapobiegania potencjalnym uszkodzeniom w przypadku skoków napięcia. W jednym schemacie może istnieć kilka takich ograniczników.
Powierzchnia HDA
Pod układem scalonym znajdują się styki silników i głowic. Tutaj możesz również zobaczyć prawie niewidoczną dziurę techniczną (otwór oddechowy), która wyrównuje ciśnienie wewnątrz i na zewnątrz hermetycznej strefy urządzenia, niszcząc mit, że w dysku twardym znajduje się próżnia. Jego wewnętrzny obszar jest pokryty specjalnym filtrem, który nie przenosi kurzu i wilgoci bezpośrednio na dysk twardy.
Wewnętrzny HDA
Pod osłoną hermetycznego bloku, który jest zwykle warstwą metalu i gumową uszczelką chroniącą go przed wilgocią i kurzem, znajdują się dyski magnetyczne.
Mogą być również nazywane naleśnikami lub półmiskami . Dyski są zwykle wykonane ze szkła lub aluminium, które zostały wcześniej polerowane. Następnie są pokryte kilkoma warstwami różnych substancji, między innymi ferromagnes - dzięki niemu można zapisywać i przechowywać informacje na dysku twardym. Tłumiki lub separatory znajdują się pomiędzy płytami i ponad najwyżej położonym naleśnikiem. Wyrównują przepływ powietrza i redukują hałas akustyczny. Zwykle wykonane z tworzywa sztucznego lub aluminium.
Płyty separatora, wykonane z aluminium, lepiej znoszą temperaturę powietrza wewnątrz strefy hermetycznej.
Magnetyczny blok głowicy
Na końcach nawiasów, znajdujących się w bloku głowic magnetycznych (Head Stack Assembly, HSA), znajdują się głowice odczytująco-zapisujące. Gdy wrzeciono zostanie zatrzymane, powinny znajdować się w obszarze preparatyki - jest to miejsce, w którym znajdują się głowy pracującego dysku twardego w momencie, gdy wał nie działa. Na niektórych dyskach twardych parkowanie odbywa się na plastikowych obszarach preparatywnych, które znajdują się poza płytkami.
Aby normalna praca dysku twardego wymagała możliwie jak największej czystości, zawierającego minimum obcych ciał. Po pewnym czasie w akumulatorze powstają mikrocząsteczki środka smarnego i metalu. Aby je wyposażyć, dyski HDD są wyposażone w filtry recyrkulacyjne , które nieustannie gromadzą i zatrzymują bardzo małe cząsteczki substancji. Są instalowane na ścieżce przepływu powietrza, które powstają w wyniku obrotu płytek.
W NZHMD zainstaluj magnesy neodymowe, które mogą przyciągnąć i utrzymać ciężar, który może być 1300 razy większy niż jego własny. Celem tych magnesów na dysku HDD jest ograniczenie ruchu głowic poprzez trzymanie ich nad plastikowymi lub aluminiowymi naleśnikami.
Inną częścią magnetycznej jednostki głównej jest cewka drgająca. Razem z magnesami tworzy napęd BMG , który wraz z BMG stanowi siłownik (siłownik) - urządzenie, które porusza głowami. Mechanizm ochronny tego urządzenia nazywa się zatrzask (zatrzask siłownika). Uwalnia BMG, gdy tylko wrzeciono podniesie wystarczającą liczbę obrotów. W procesie uwalniania uczestniczyło ciśnienie przepływu powietrza. Zacisk zapobiega ruchowi głowic w stanie preparatywnym.
Pod BMG będzie łożysko precyzyjne. Utrzymuje gładkość i dokładność tego urządzenia. Istnieje również element wykonany ze stopu aluminium, który jest nazywany belką . Na jego końcu, na sprężynowym zawieszeniu, znajdują się głowy. Elastyczny kabel (elastyczny obwód drukowany, FPC) prowadzi od wahacza do płytki kontaktowej, która jest podłączona do płytki elektroniki.
Oto cewka, która jest podłączona do kabla:
Tutaj możesz zobaczyć namiar:
Oto kontakty BMG:
Uszczelka zapewnia pewny chwyt. Z tego powodu powietrze dostaje się do urządzenia z dyskami i głowami tylko przez otwór wyrównujący ciśnienie. Styki tego dysku pokryte są najdelikatniejszym złoceniem, co poprawia przewodnictwo.
Typowy montaż wspornika:
Pod koniec wiosny zawieszenia są małymi częściami - suwakami (suwakami). Pomagają odczytać i zapisać dane poprzez podniesienie głowy nad płytkami. W nowoczesnych napędach głowy pracują w odległości 5-10 nm od powierzchni metalowych naleśników. Elementy odczytu i zapisu informacji znajdują się na samych końcach suwaków. Są tak małe, że można je zobaczyć tylko za pomocą mikroskopu.
Te części nie są całkowicie płaskie, ponieważ mają na sobie aerodynamiczne rowki, które służą do stabilizacji wysokości lotu suwaka. Powietrze pod nim tworzy poduszkę (Air Bearing Surface, ABS), która utrzymuje lot równoległy do powierzchni płyty.
Przedwzmacniacz to układ odpowiedzialny za sterowanie głowicami i wzmacnianie sygnału do nich lub od nich. Znajduje się bezpośrednio w BMG, ponieważ sygnał wytwarzany przez głowice ma niewystarczającą moc (około 1 GHz). Bez wzmacniacza w zamkniętej strefie, po prostu rozproszyłby się po drodze do układu scalonego.
Z tego urządzenia jest więcej ścieżek w kierunku głowic niż w strefie hermetycznej. Wyjaśnia to fakt, że dysk twardy może wchodzić w interakcje tylko z jednym z nich w określonym momencie. Mikroprocesor wysyła żądania do przedwzmacniacza, aby wybrać żądaną głowicę. Z dysku do każdego z nich jest kilka ścieżek. Odpowiada za uziemienie, czytanie i pisanie, zarządzanie miniaturowymi napędami, pracę ze specjalnym sprzętem magnetycznym, który może sterować suwakiem, co pozwala zwiększyć dokładność lokalizacji głowic. Jeden z nich powinien prowadzić do grzejnika, który reguluje wysokość lotu. Ta konstrukcja działa w ten sposób: ciepło jest przekazywane z nagrzewnicy do zawieszenia, które łączy suwak i ramię wahacza. Zawieszenie jest tworzone ze stopów, które mają różne parametry rozprężania od przychodzącego ciepła. Kiedy temperatura wzrasta, pochyla się w kierunku płyty, zmniejszając w ten sposób odległość od niej do głowy. Podczas zmniejszania ilości ciepła pojawia się efekt odwrotny - głowa odsuwa się od naleśnika.
Oto jak wygląda górny ogranicznik:
To zdjęcie zawiera zamkniętą powierzchnię bez jednostki głównej i górnego separatora. Można również zauważyć dolny magnes i pierścień zaciskowy (zacisk talerza):
Ten pierścień trzyma razem bloki naleśników, zapobiegając ruchowi względem siebie:
Same płytki są zamocowane na piaście wrzeciona:
Ale co jest pod górną płytą:
Jak widać, przestrzeń dla głów jest tworzona za pomocą specjalnych pierścieni dzielących (pierścieni dystansowych). Są to precyzyjne części wykonane ze stopów niemagnetycznych lub polimerów:
W dolnej części HDA znajduje się przestrzeń wyrównania ciśnienia znajdująca się bezpośrednio pod filtrem powietrza. Powietrze, które znajduje się poza zamkniętą jednostką, zawiera oczywiście cząsteczki kurzu. Aby rozwiązać ten problem, zainstalowano filtr wielowarstwowy, który jest znacznie grubszy niż ten sam filtr kołowy. Czasem można znaleźć na nim ślady żelu krzemianowego, który powinien wchłonąć całą wilgoć:
Wniosek
Ten artykuł zawiera szczegółowy opis wewnętrznego dysku twardego. Mamy nadzieję, że ten materiał był dla Ciebie interesujący i pomógł nauczyć się wielu nowych rzeczy z zakresu sprzętu komputerowego.