Сьогодні поговоримо про будову жорсткого диска, основного носія інформації в наші дні. Розтин зробимо на прикладі чотирьох терабайтного монстра:
Виробник – Hitachi Global Storage Technologies
Модель – HDS724040ALE640
Ємність – 4 Tb
Швидкість обертання шпинделя – 7200 оборотів / хв.
Буферна пам’ять – 64 Mb
Інтерфейс – SATA-3, 6 Гбіт / сек
Форм-фактор – 3,5 “
Кількість магнітних пластин – 5
Кількість магнітних головок – 10
На момент написання статті цей вінчестер є топ-моделлю в своєму форм-факторі за кількістю пластин і головок читання / запису.
Принцип роботи, загальні відомості.
Синоніми назв – Жорсткий диск, hdd (Hard Disk Drive), НЖМД (Накопичувач на жорстких магнітних дисках), Вінчестер, і молодіжні – гвинт, віник, хард.
Принцип роботи заснований на зміні властивостей матеріалів, якими покриті магнітні пластини, під впливом магнітного поля, яке створюють головки читання-запису. Зберігання інформації абсолютно ідентично канули в Лету касетним і бобінним магнітофонам, дискетам, накопичувачам Iomega zip.
Як влаштований жорсткий диск.
Зовні все жорсткі диски представляють собою виріб, що складається з двох основних компонентів – друкована плата (printed circuit board, PCB) і гермоблок (hard drive assembly, HDA). Щоб дізнатися, як влаштований жорсткий диск далі, починаємо розтин. Знадобляться дві викрутки Torx T9 і T6:
Бачимо, що плата управління пов’язана з гемоблоком двома групами контактів. Для більшості людей, які виконують відновлення даних з жорстких дисків і ремонт накопичувачів, в тому числі і для нас – залишається загадкою присутність поролонової прокладки між платою і гермозоноюі. З одного боку вона захищає від пилу, з іншого – погіршує тепловідвід, а грітися там є чому. Білий квадрат – це якраз пластина з матеріалу з високою теплопровідністю, яка розподіляє тепло від центрального процесора на платі на «банку» (ще одне сленгове слівце).
Плата жорсткого диска (printed circuit board, PCB)
Зняли плату жорсткого диска, розповімо далі, що на ній є прецікавого.
1.CPU – центральний процесор. Чіп, який керує всім, потоком даних з боку комп’ютера через SATA інтерфейс (чітко видно 4 доріжки, 2 на читання і 2 на запис, які проходять крізь процесор до п.6), потоком даних з боку гермоблока, швидкістю обертання двигуна, і т. д. У процесорі знаходиться основна мікропрограма, яка керує всіма аспектами роботи hdd.
2.Драйвер шпиндельного двигуна, «крутилка» – основне і єдине призначення цієї мікросхеми це управління швидкістю обертання магнітних пластин.
3.Мікросхема буферної пам’яті (8,16,32,64) Mb – служить для кешування як при читанні, так і під час запису даних.
4.ПЗУ – містить унікальні для кожного вінчестера адаптивні параметри, по різному у різних виробників. Без зчитування цих параметрів, центральний процесор не зможе працювати. На деяких моделях не встановлюється, при цьому адаптиви на заводі записуються безпосередньо в пам’ять процесора.
5.Контакти живлення шпиндельним двигуном, який обертає магнітні пластини.
6.Контактна площадка для «спілкування» механіки і електроніки гермоблока з електронікою плати.
7.Датчики удару – дозволяють, якщо підтримує прошивка, коректно відключати жорсткий диск при появі неприпустимих вібрацій. Взаємодіють з параметрами SMART, і служать для «розбору польотів» при поломки hdd в умовах заводської діагностики несправностей.
Верхня кришка гермозони.
Помилково думати,що в гермозоні вінчестера – вакуум. Немає там ніякого вакууму (безповітряного простору). Там звичайне повітря – тільки дуже сухе і чисте.
Кришка виготовлена з штампованої сталі. Біла окружність – це вугільний фільтр, крізь який «дихає» вінчестер. «Дихати» йому необхідно для того, щоб його не розірвав на частини тиск, який створює потік повітря при обертанні пластин зі швидкостями від 4 до 15 тисяч обертів на хвилину. Смужка силікону по радіусу кришки забезпечує герметичність всієї начинки камери.
Пристрій жорсткого диска – погляд зсередини.
Пристрій жорсткого диска «під капотом»
1.Ось шпиндельного двигуна. Пакет, в нашому випадку з п’яти, дисків нанизаний на вісь. Простір між дисками забезпечують розділові шайби з алюмінію, зверху до осі весь пакет притискається шістьма гвинтиками. Для забезпечення точного балансування, довжина, відповідно і вага у цих гвинтиків може бути різний.
2.БМГ – Блок Магнітних Головок. Основний елемент диска, безпосередньо виконує запис на поверхню магнітних дисків і читання з неї.
1 (Ось?) з підшипниками, на якій головки рухаються в секторі робочого ходу.
2 – контактна площадка на поверхню гермоблока. Пов’язує плату з мікросхемою підсилювача.
3 – мікросхема підсилювача (комутатора) управляє рівнями та розподілом як вхідних, так і вихідних сигналів.
4 – котушка шагового двигуна. Дозволяє БМГ відхилятися в ту, чи іншу сторону на осі, в залежності від напруги, що подається на обмотки.
5 – безпосередньо самі елементи читання / запису. Дуже красиві фото скоро отримаємо під мікроскопом і напишемо докладніше.
3.П.2 на фото Блоку магнітних головок.
4.Рампа, зона паркування та відпочинку БМГ. Hitachi протягом тривалого періоду, використовують рампу. Seagate, наприклад, паркує голівки на спеціальному майданчику на поверхні плит, в центрі, біля осі двигуна. При виключенні живлення, головки зміщуються до краю дисків і встрибують на місце парковки. При подачі живлення, як тільки двигун набере необхідні оберти, – виїжджають до робочої зони. Помилково думати,що головки в робочому положенні ковзають по поверхні магнітних дисків. Парять на відстані в кілька нанометрів над поверхнею, не торкаються. Це відстань менше, ніж товщина людської волосини. Ось чому жорсткі диски так бояться ударів і інших фізичних навантажень під час роботи.
5.Магніти. Забезпечують потужне магнітне поле для роботи шагового двигуна БМГ. Потужність цих магнітів така, що вони дозволяють піднімати вагу, в тисячу разів більшу, ніж їх власна. Вручну цю парочку можна відірвати один від одного тільки переміщуючи в горизонтальній площині.
6.Пластиковий сепаратор – рівномірно розподіляє потоки повітря всередині гермоблока.
7.Система (один, або два) рециркуляційних фільтрів. В процесі експлуатації можливо відшарування найдрібніших частинок металу, лаку, або пластика, перебування яких в гермоблоці неприпустимо. Для того, щоб зібрати цей невидимий неозброєним оком «пил» і встановлюють ці фільтри.
8.Магнітні пластини. Алюмінієві млинці, покриті феромагнітним складом, секретність рецепта якого порівнянна з секретністю рецепта Кока-коли. На знімку видно верхня шайба і одне з проставочнних кілець, які поділяють диски на осі двигуна.
HDD Platters
«Зберегти як …” – техногенний wallpaper в пастельних тонах, тільки зменшите розміри під свій розмір екрану.
І наостанок, самотній корпус алюмінієвого гермоблока.
Двигун запресований в заводських умовах в корпус і знімається тільки молотком. Наша спеціалізація – відновлення даних з жорстких дисків, а не побутові методи утилізації обладнання. Тому зараз все зберемо, «як було» – має запрацювати 🙂 – жартуємо.
Сподіваємося, змогли Вам розповісти, наскільки високоточним і технологічним є жорсткий диск, як пристрій. Не варто забувати, що будь-який механічний виріб, рано чи пізно, виходить з ладу. Зробіть сьогодні резервну копію всіх важливих для Вас файлів на інший носій!
У наступних матеріалах ми розповімо про правильну експлуатацію носіїв інформації, розглянемо основні несправності жорстких дисків в розрізі ремонту і відновлення даних.
