Устройство жесткого диска, принцип работы HDD
Сегодня поговорим про устройство жесткого диска, основного носителя информации в наши дни. Вскрытие произведем на примере четырех терабайтного монстра Hitachi.
- Производитель - Hitachi Global Storage Technologies
- Модель - HDS724040ALE640
- Емкость - 4 Tb
- Скорость вращения шпинделя - 7200 оборотов/мин
- Буферная память - 64 Mb
- Интерфейс - SATA-3, 6 Гбит/сек
- Форм-фактор - 3,5"
- Количество магнитных пластин - 5
- Количество магнитных головок - 10
Принцип работы, общие сведения
Синонимы названий – Жесткий диск, hdd (Hard Disk Drive), НЖМД (Накопитель на жестких магнитных дисках), Винчестер, и молодежные – винт, веник, хард.
Принцип работы основан на изменении свойств материалов, которыми покрыты магнитные пластины, под влиянием магнитного поля, которое создают головки чтения-записи. Хранение информации абсолютно идентично канувшим в лету кассетным и бобинным магнитофонам, дискетам, накопителям Iomega zip.
Как устроен жесткий диск
Снаружи все жесткие диски представляют собой изделие, состоящее из двух основных компонентов – печатная плата (printed circuit board, PCB) и гермоблок (hard drive assembly, HDA). Чтобы узнать, как устроен жесткий диск далее, начинаем вскрытие. Понадобятся две отвертки Torx T9 и T6
Видим, что плата управления связана с гемоблоком двумя группами контактов. Для большинства людей, которые выполняют восстановление данных с жестких дисков и ремонт накопителей, в том числе и для нас – остается загадкой присутствие поролоновой прокладки между платой и гермозоной. С одной стороны она защищает от пыли, с другой – ухудшает теплоотвод, а греться там есть чему. Белый квадрат – это как раз пластина из материала с высокой теплопроводностью, которая распределяет тепло от центрального процессора на плате на “банку” (ещё одно сленговое словечко).
Плата жесткого диска (printed circuit board, PCB)
- CPU – центральный процессор. Чип, который управляет всем, потоком данных со стороны компьютера через SATA интерфейс (четко видны 4 дорожки, 2 на чтение и 2 на запись, которые проходят сквозь процессор к п.6), потоком данных со стороны гермоблока, скоростью вращения двигателя, и т.д. В процессоре находится основная микропрограмма, которая управляет всеми аспектами работы hdd.
- Драйвер шпиндельного двигателя, “крутилка” – основное и единственное назначение этой микросхемы это управление скоростью вращения магнитных пластин.
- Микросхема буферной памяти (8,16,32,64) Mb – служит для кеширования как при чтении, так и при записи данных.
- ПЗУ – содержит уникальные для каждого винчестера адаптивные параметры, по разному у разных производителей. Без считывания этих параметров, центральный процессор не сможет работать. На некоторых моделях не устанавливается, при этом адаптивы на заводе записываются непосредственно в память процессора.
- Контакты питания шпиндельным двигателем, который вращает магнитные пластины.
- Контактная площадка для “общения” механики и электроники гермоблока с электроникой платы.
- Датчики удара – позволяют, если поддерживает прошивка, корректно отключать жесткий диск при появлении недопустимых вибраций. Взаимодействуют с параметрами SMART, и служат для “разбора полётов” при поломках hdd в условиях заводской диагностики неисправностей.
Верхняя крышка гермозоны
Заблуждение: В гермозоне винчестера – вакуум. Нет там никакого вакуума (безвоздушного пространства). Там обычный воздух – только очень сухой и чистый. Крышка изготовлена из штампованной стали. Белая окружность – это угольный фильтр, сквозь который “дышит” винчестер. “Дышать” ему необходимо для того, чтобы его не разорвало на части давление, которое создает поток воздуха при вращении пластин со скоростями от 4 до 15 тысяч оборотов в минуту. Полоска силикона по радиусу крышки обеспечивает герметичность всей начинки камеры.
Устройство жесткого диска – взгляд изнутри
1. Ось шпиндельного двигателя. Пакет, в нашем случае из пяти, дисков нанизан на ось. Пространство между дисками обеспечивают разделительные шайбы из алюминия, сверху к оси весь пакет прижимается шестью винтиками. Для обеспечения точной балансировки, длина, соответственно и вес у этих винтиков может быть разный.
2. БМГ – Блок Магнитных Головок. Основной элемент диска, непосредственно выполняет запись на поверхность магнитных дисков и чтение с неё.
1 – Ось с подшипниками, на которой головки двигаются в секторе рабочего хода. 2 – контактная площадка на поверхность гермоблока. Связывает плату с микросхемой предусилителя. 3 – микросхема предусилителя (коммутатора) управляет уровнями и распределением как входящих, так и исходящих сигналов. 4 – катушка шагового двигателя. Позволяет БМГ отклоняться в ту, или иную сторону на оси, в зависимости от подаваемого напряжения на обмотки. 5 – непосредственно сами элементы чтения/записи. Очень красивые фото скоро получим под микроскопом и напишем подробнее.
3. П.2 на фото Блока магнитных головок.
4. Рампа, зона парковки и отдыха БМГ.
Hitachi на протяжении длительного периода, используют рампу. Seagate, например, паркует головки на специальной площадке на поверхности пластин, в центре, возле оси двигателя. Рампа hdd При выключении питания, головки смещаются к краю дисков и запрыгивают на место парковки. При подаче питания, как только двигатель наберет необходимые обороты, – выезжают в рабочую зону. Заблуждение: Головки в рабочем положении скользят по поверхности магнитных дисков. Парят на расстоянии в несколько нанометров над поверхностью, не прикасаются. Это расстояние меньше, чем толщина человеческого волоса. Вот почему жесткие диски так боятся ударов и других физических нагрузок во время работы.
5. Магниты
Обеспечивают мощное магнитное поле для работы шагового двигателя БМГ. Мощность этих магнитов такова, что они позволяют поднимать вес, в тысячу раз больший, нежели их собственный. Вручную эту парочку можно оторвать друг от друга только смещая в горизонтальной площади.
6. Пластиковый сепаратор – равномерно распределяет потоки воздуха внутри гермоблока.
7. Система (один, или два) рециркуляционных фильтров. В процессе эксплуатации возможно отслоение мельчайших частиц металла, лака, или пластика, нахождение которых в гермоблоке, недопустимо. Для того, чтобы собрать эту невидимую невооруженным глазом “пыль” и устанавливают эти фильтры.
8. Магнитные пластины.
Алюминиевые блинчики, покрытые ферромагнитным составом, секретность рецепта которого сопоставима с секретностью рецепта Кока-колы. На снимке видна верхняя шайба и одно из проставочных колец, которые разделяют диски на оси двигателя.
Напоследок, одинокий корпус алюминиевого гермоблока.
Двигатель запрессован в заводских условиях в корпус и снимается только молотком. Наша специализация – восстановление данных с жестких дисков, а не бытовые методы утилизации оборудования. Поэтому сейчас всё соберем, “как было” – должен заработать 
– шутим.
Надеемся, смогли Вам рассказать, насколько высокоточным и технологичным является жесткий диск, как устройство. Не стоит забывать, что любое механическое изделие, рано, или поздно, выходит из строя. Сделайте сегодня резервную копию всех важных для Вас файлов на другой носитель!
В следующих материалах мы расскажем о правильной эксплуатации носителей информации, рассмотрим основные неисправности жестких дисков в разрезе ремонта и восстановления данных.
Внимание! : Любое вмешательство в конструкцию жесткого диска, вскрытие гермоблока в домашних условиях – лишает вас гарантийных обязательств и делает невозможным дальнейшую эксплуатацию носителя информации по прямому назначению.
