УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЖЕСТКОГО ДИСКА

К основным элементам кон­струкции типичного накопителя на жестком диске 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.

В большинстве накопителей устанавливается минимум два диска, хотя в некоторых малых моделях бывает и по одному. Количество дисков ограничивается физическими размерами накопителя, а именно высотой его корпуса.

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.

Механизм привода головок устанавливает их в нужное положение и называется приводом головок. Именно с его помощью головки перемещаются от центра к краям диска и устанавлива­ются на заданный цилиндр.

Двигатель, приводящий во вращение диски, часто называют шпиндельным (spindle). Шпиндельный двигатель всегда связан с осью вращения дисков, никакие приводные рем­ни или шестерни для этого не используются. Двигатель должен быть бесшумным: любые вибрации передаются дискам и могут привести к ошибкам при считывании и записи.

Частота вращения двигателя должна быть строго определенной. Обычно она колеб­лется от 3 600 до 15 000 об/мин или больше, а для ее стабилизации используется схе­ма управления двигателем с обратной связью (автоподстройкой), позволяющая добиться необходимой точности.

Печатная плата, на которой расположены электронные компоненты систе­мы управления жестким диском, обычно прикрепляется к нижней плоско­сти корпуса при помощи обычных винтов. В зависимости от модели элек­троника может быть либо закрыта металлической пластиной, либо открыта для любых механических воздействий. С внутренней частью винчестера плата соединяется при помощи специального разъема.

Плата электроники предназначена для управления работой механических подвижных частей устройства и формирования электрических импульсов при чтении/записи.

В большинстве накопителей на жестких дисках предусмотрено несколько интерфейс­ных разъемов для подключения к системе, подачи питания, а иногда и для заземления корпуса. Как правило, накопители имеют по меньшей мере два типа разъемов: интерфейсный разъем (или разъемы) и разъем питания.

При установке накопителя в компьютер обычно необходимо переставить или отклю­чить некоторые перемычки и, возможно, нагрузочные резисторы.

Принцип работы

При включении питания микропроцессор жесткого диска выполняет тести­рование электроники, после чего выдает команду включения шпиндельного двигателя. При достижении определенной скорости вращения плотность воздуха, увлекаемого поверхностями дисков, становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности. После чего головки поднимаются на определенную высоту над поверхностью дисков. С этого момента и до снижения скорости ниже критиче­ской головки "висят" на воздушной подушке и не касаются по­верхности дисков. При отключении питания диски останавливаются далеко не сразу, так что плотность воздушной подушки уменьшается постепенно. Этого вполне достаточно для нормального срабатывания системы парковки и предотвращения "падения" головок на поверхность с записанными дан­ными.

Магнитные головки выводятся из зоны парковки только после достижения дисками скорости вращения, принятой в качестве стандартной для данной модели (например, 7200 об/мин). Сразу же после этого начинается поиск сервисных меток для точной стабилизации скорости вращения. В заверше­ние инициализации выполняется тестирование устройства позиционирова­нием головок путем перебора заданной последовательности дорожек. Если оно проходит успешно, на выход интерфейса жесткого диска выставляется сигнал готовности к работе, и жесткий диск переходит в режим обмена данными по интерфейсу.

В это время накопитель потребляет максимум питающего напряжения и создает предельную нагрузку на блок питания компьютера по напряжению +12 В, которое используется для питания шпиндельного двигателя. Для пи­тания электроники используется напряжение +5 В.

Во время работы винчестера постоянно функционирует система слежения за положением головок на диске: из непрерывно считываемого сигнала вы­деляется специальный сигнал, который подается в схему обратной связи, управляющую током обмотки позиционера. В результате, если головка от­клоняется от центра дорожки, в обмотке линейного двигателя возникает сигнал, стремящийся вернуть ее на место.

При отключении питания микропроцессор винчестера, используя остаточ­ную энергию конденсаторов, имеющихся на плате, выдает команду на уста­новку головок в зону парковки. Иногда для извлечения дополнительной энергии используются обмотки двигателя, работающего некоторое время как генератор.