Конструкция винчестера
Если в звукозаписи
и в накопителях на гибких магнитных дисках для хранения данных используются
лавсановые пленки, на которые нанесен слой ферромагнитного материала, то в винчестерах
используются несъемные жесткие диски, изготовленные из алюминия или стекла,
на поверхность которых напылен ферромагнитный слой или ферромагнитная пленка.
Так как жесткие диски не съемные, как гибкие диски, то они находятся внутри
корпуса винчестера, который либо герметичен, либо имеет защищенное фильтром
отверстие для наружного воздуха.
Несмотря на
внешнюю простоту и наличие всего двух разъемов — информационного и питания,
винчестеры являются очень сложными устройствами, которые требуют бережного и
правильного обращения, примерно такого же, как хрустальные рюмки. Но в то же
время, при правильной эксплуатации они весьма надежные и долговечные устройства,
срок безотказной службы которых превышает 10 лет.
Старые винчестеры
могли похвастаться сроком службы всего в 1000—5000 часов, кроме того, у них
всегда имелись испорченные кластеры, о чем информировала наклейка на корпусе.
Современные винчестеры могут безотказно работать более 100 000 часов, а система
автоматической дефектации (S.M.A.R.T., Self-Monitoring, Analysis and Reporting
Technology) незаметно для пользователя заменяет плохие кластеры на резервные
(конечно, если в BIOS включен режим S.M.A.R.T.). Когда на винчестере появляются
неустранимые "bad-sectors", то такой винчестер непригоден для дальнейшей
работы (пользоваться можно, но будет масса проблем и хлопот, да и надежность
работы компьютера будет далека от идеальной).
В настоящее
время на винчестеры производителями устанавливается 1—3-летний гарантийный срок.
Предупреждение
За несколько десятилетий развития технологии жестких дисков основные принципы их работы практически не изменились. А почти все усилия разработчиков были направлены на повышение плотности записи информации и ускорение доступа к произвольным блокам данных на дисках. Поэтому, рассматривая изображения винчестеров в книгах прошлых лет, вы найдете весьма мало внешних отличий старых винчестеров от новых. Все новинки лежат в схемотехнике контроллеров, управляющих вращением дисков и перемещением головок, а также в совершенствовании ферромагнитного слоя и способов чтения/записи.
На рис. показаны винчестеры со снятыми верхними защитными крышками. Почти весь объем в корпусе занимает пакет дисков, жестко закрепленный на валу ведущего двигателя. Сам же двигатель плоский, имеет высоту около сантиметра и крепится на дне корпуса.
Количество дисков может быть от одного до десятка, но сегодня чаще всего используют 1, 2 или 3 диска. Заметим, что на одной поверхности диска (пластине) в современном винчестере можно записать от 10 до 80 Гбайт данных. Поэтому судить об объеме винчестера по количеству установленных в нем дисков нельзя.
Скорость вращения
пакета дисков у современного винчестера составляет 5400, 7200, 10 000 или 15
000 оборотов в минуту (rpm), у более старых скорость вращения обычно составляла
3000—3600 об./мин. Причем, чем выше скорость вращения дисков, тем больше скорость
доступа к информации, записанной на винчестер. Правда, наиболее распространенные
ныне винчестеры имеют скорость 5400—7200 об./мин., т. к. это дешевле, проще
и надежнее. Тут сказывается, что внутри корпуса винчестера находится воздух
при атмосферном давлении, поэтому при слишком высокой скорости вращения дисков
происходит значительный нагрев вращающихся деталей, а это приводит к проблемам
надежности элементов конструкции. Кроме того, скоростные винчестеры при работе
создают значительный уровень шума, что не способствует комфортной работе с компьютером.Для чтения и записи данных в винчестерах используют плавающие на воздушной подушке магнитные головки. Зазор между магнитным слоем и головкой составляет десятые доли микрон. Для перемещения головок используется электромагнит (ранее использовался шаговый двигатель), а для отслеживания местоположения применяется автоматическая система регулирования, которая по магнитным меткам на поверхности опорного диска позиционирует головки в нужном месте. Для синхронизации может использоваться как целая сторона одного диска (отсюда нечетное количество плоскостей в геометрии винчестера), так и метки между секторами на диске с пользовательскими данными. При остановке вращения дисков во время выключения компьютера или винчестера головки автоматически возвращаются ближе к центру диска (парковка головок, Landing Zone, L-Zone), где есть специально отведенное место для "мягкой посадки" головок, правда, в настоящее время головки опускаются не на поверхность дисков, а на специальный кронштейн. Обычно для автоматической парковки, например в случае аварийного выключения питания, используется пружина, которая возвращает головки в нейтральное положение, она же, вместе с электромагнитом, создает систему перемещения головок.
Конструкция современных магнитных головок винчестеров мало похожа на головки магнитофонов и старых винчестеров. Для чтения данных используется магниторезистивный принцип, когда сопротивление полупроводниковой пленки, из которой сделана головка чтения, меняется в зависимости от напряженности магнитного поля на поверхности ферромагнитного диска. А вот для записи данных используют старый принцип — несколько витков провода на магнитном сердечнике.
Вся электроника, предназначенная для управления двигателем привода дисков и электромагнитом головок, а также для чтения и записи данных, располагается на небольшой печатной плате, укрепленной снаружи корпуса. С внутренними элементами она соединяется посредством одного или двух малогабаритных разъемов (часто используется плоский печатный кабель с несколькими десятками проводников различной ширины).
Так как винчестеры
рассчитаны для установки внутри компьютера, то печатная плата контроллера и
разъемы, установленные на ней, не рассчитаны на частое подключение и отключение
информационного и питающего кабелей. Например, у винчестеров IBM для соединения
платы контроллера с внутренними блоками винчестера используются игольчатые разъемы,
поэтому при частом "перетыкании" разъемов может нарушиться электрический
контакт, что приведет к ошибкам при записи/чтении данных или отказу винчестера.Для применения стандартного винчестера в качестве внешнего применяют специальные боксы (Mobile Rack), внутрь которых устанавливается винчестер, а в 5-дюймовом отсеке компьютера монтируются переходные разъемы, укрепленные на специальных направляющих. Пример такого бокса показан на рис. 9.14. Но следует помнить, что при переноске винчестера даже со стола на стол он подвергается ударам и вибрации, которые могут привести к потере юстировки головок, что вызовет невозможность чтения данных, хранящихся на винчестере. Поэтому в качестве сменного винчестера лучше использовать специальные модели, тем более, что выпускаются внешние винчестеры с интерфейсом USB.
К винчестерам
иногда применяют термин "форм-фактор", имея в виду ряд их габаритных
размеров. Так, в настоящее время в большинстве случаев используют винчестеры
с габаритными размерами, соответствующими 3,5-дюймовому дисководу гибких дисков,
для мобильных компьютеров используют винчестеры уменьшенных габаритов, а в фотоаппаратах
— размером с флэш-карту. Винчестеры с 5-дюймовым форм-фактором практически можно
встретить только в очень древних компьютерах.Для крепления винчестера в корпусе компьютера используют либо 4 боковых отверстия с резьбой, либо аналогичные, но находящиеся на нижней части корпуса. При креплении винчестера следует применять укороченные винты, чтобы при их закручивании не задеть контактов на печатной плате контроллера или не вызвать ее смещение, т. к. одно или два боковых отверстия почти всегда находятся в плоскости крепления печатной платы. Следует помнить, что винчестер должен устанавливаться в корпусе компьютера горизонтально или вертикально по любой плоскости. Резкое перемещение работающего винчестера из-за возникающего при этом гироскопического эффекта может привести к разрушению внутренних механических узлов и повреждению магнитных головок и поверхности дисков.
