Основные компоненты накопителей на жестких дисках
| HDA (Head Disk Assembly - блок головок и дисков) | Съемные детали |
|
|
Адаптер накопителей на жестких магнитных дисках
Используются два вида электронных схем: один для управления магнитными головками, двигателем и дисками; и другой для управления данными. Все они размещаются на плате. Типичный адаптер НЖМД выполняет следующие функции по командам ЦП: поддерживает требуемый формат данных, размещаемых на дисках; передает данные в режиме ПДП или программного ввода-вывода; осуществляет поиск и проверку требуемых цилиндров; производит переключение головок; обнаруживает и корректирует ошибки в считанных данных; организует последовательность считываемых секторов в соответствии с коэффициентом чередования; генерирует прерывание. Если адаптер использует RLL-метод кодирования, то требуется специальный накопитель, рассчитанный на данный способ кодирования.
Программы управления микропроцессором записываются в ПЗУ. Адаптер НЖМД имеет собственную локальную оперативную память, которая разделяется на рабочую область для микропроцессора и буфер данных для хранения одного сектора. Регистры ввода-вывода предназначены для ввода-вывода данных, сброса и выбора адаптера, записи состояния и типа накопителя, разрешения ПДП и прерывания. Контроллер ПДП управляет обменом данными между адаптером и НЖМД, между адаптером и ОЗУ ПЭВМ.
Команды ЦП
Основными командами являются команды чтения, записи, форматирования и позиционирования. Для проверки состояния НЖМД и адаптера служат диагностические команды. Командный блок записывается в локальную память адаптера.
Данные с системной шины при записи поступают в регистры ввода-вывода побайтно и преобразуются в вид для записи в секторный буфер. Под управлением контроллера ПДП или программного режима ввода-вывода данные поступают на сериализатор, преобразующий байты в последовательный код. Кодер кодирует данные по методу МЧМ. Одновременно с преобразованием данные поступают на блок контроля и коррекции. Затем данные и контрольные байты записываются в НЖМД.
При чтении данных сепаратор отделяет синхроимпульсы, данные декодируются и преобразуются десериализатором в параллельный код. Под управлением контроллера ПДП байты данных помещаются в ОЗУ и через регистры ввода-вывода выдаются на системную шину. Адаптер выдает ЦП параметры выполнения команды.
Недостатком такой структуры адаптера является то, что параметры диска записаны в его ПЗУ, поэтому адаптер может работать только с определенной моделью диска. В других конструкциях НЖМД дисковые параметры хранятся на самом диске и загружаются в адаптер при работе.
Диски
Обычно в накопителе содержится один или несколько магнитных дисков. За прошедшие годы установлен ряд стандартных размеров накопителей, которые определяются в основном размерами 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);
- 1,8 дюйма (на самом деле - 48 мм или 1,89 дюйма);
- 1 дюйм (на самом деле - 34 мм, или 1,33 дюйма).
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.
Количество дисков ограничивается физическими размерами накопителя, а именно высотой его корпуса.
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 MemCor 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 накопителях, выпускаемых такими компаниями, как IBM, Seagate, Toshiba, Areal Technology, Western Digital и Maxtor, используются стеклянные или стеклокерамические диски.
Рабочий слой диска
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. Накопители с такими дисками 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 (например, 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 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 необходимы условия, приближенные к полному вакууму.
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. Тонкопленочные покрытия дисков напоминают серебристую поверхность зеркал.