Пристрій і принцип роботи жорсткого диска

Накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД) \ HDD (Hard Disk Drive) \ вінчестер (носій) - матеріальний об'єкт, здатний зберігати інформацію.

Будова жорсткого диска

       Вінчестер містить набір пластин, що представляють найчастіше металеві диски, покриті магнітним матеріалом - Платтер (гамма-ферит-оксид, ферит барію, окис хрому ...) і з'єднані між собою за допомогою шпинделя (вала, осі).

Самі диски (товщина приблизно 2 мм.) Виготовляються з алюмінію, латуні, кераміки або скла. (Див. Рис)

       Для запису використовуються обидві поверхні дисків. Використовується 4-9 пластин. Вал обертається з високою постійною швидкістю (3600-7200 оборотів / хв.)

Обертання дисків і радикальне переміщення головок здійснюється за допомогою 2-х електродвигунів.

       Дані записуються або зчитуються за допомогою головок запису / читання по одній на кожну поверхню диска. Кількість головок дорівнює кількості робочих поверхонь всіх дисків.

       Запис інформації на диск ведеться по строго певних місць - концентричних доріжках (треках). Доріжки діляться на сектори. В одному секторі 512 байт інформації.

       Обмін даними між ОЗУ і НМД здійснюється послідовно цілим числом (кластером). Кластер - ланцюжки послідовних секторів (1,2,3,4, ...)

       Спеціальний двигун за допомогою кронштейна позиціонує головку читання / запису над заданою доріжкою (переміщує її в радіальному напрямку).

При повороті диска головка розташовується над потрібним сектором. Очевидно, що всі головки переміщаються одночасно і зчитують інфоголовкі переміщаються одночасно і зчитують інформацію з однакових доріжок разнихрмацію з однакових доріжок різних дисків.

       Доріжки вінчестера з однаковим порядковим номером на різних дисках вінчестера називається циліндром.

       Головки читання записи переміщаються в уздовж поверхні плотера. Чим ближче до поверхні диска знаходиться головка при цьому не торкаючись її, тим вище допустима щільність запису.

Магнітний принцип читання і запису інформації

       Фізичні основи процесів запису і відтворення інформації на магнітних носіях закладені в роботах фізиків М. Фарадея (1791 - 1867) і Д. К. Максвелла (1831 - 1879).

       У магнітних носіях інформації цифровий запис проводиться на магніто чутливий матеріал. До таких матеріалів відносяться деякі різновиди оксидів заліза, нікель, кобальт та його сполуки, сплави, а також магнітопласти і магнітоеласти зі в'язкою з пластмас і гуми, Мікропорошкові магнітні матеріали.

       Магнітне покриття має товщину в кілька мікрометрів. Покриття наноситься на немагнітну основу, в якості якої для магнітних стрічок і гнучких дисків використовуються відмінність пластмаси, а для жорстких дисків - алюмінієві сплави і композиційні матеріали підкладки. Магнітне покриття диска має доменну структуру, тобто складається з безлічі намагнічених найдрібніших частинок.

       Магнітний домен (від лат. Dominium - володіння) - це мікроскопічна, однорідно намагнічена область в феромагнітних зразках, відокремлена від сусідніх областей тонкими перехідними шарами (доменними межами).

       Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до напрямку магнітних силових ліній. Після припинення дії зовнішнього поля на поверхні домену утворюються зони залишкової намагніченості. Завдяки цій властивості на магнітному носії зберігається інформація, що діяв магнітному полі.

        При запису інформації зовнішнє магнітне поле створюється за допомогою магнітної головки. У процесі зчитування інформації зони залишкової намагніченості, опинившись навпроти магнітної головки, наводять у ній при зчитуванні електрорушійну силу (ЕРС).

       Схема запису і читання з магнітного диска дана на рис.3.1 Зміна напрямку ЕРС протягом певного проміжку часу ототожнюється з двійковій одиницею, а відсутність цього зміни - з нулем. Зазначений проміжок часу називається двійкового елементом.

       Поверхня магнітного носія розглядається як послідовність точкових позицій, кожна з яких асоціюється з бітом інформації. Оскільки розташування цих позицій визначається неточно, для запису потрібні заздалегідь нанесені мітки, які допомагають знаходити необхідні позиції записи. Для нанесення таких синхронізуючих міток має бути здійснене розбиття диска на доріжки і сектори - форматування.

       Організація швидкого доступу до інформації на диску є важливим етапом зберігання даних. Оперативний доступ до будь-якої частини поверхні диска забезпечується, по-перше, за рахунок надання йому швидкого обертання і, по-друге, шляхом переміщення магнітної головки читання / запису по радіусу диска.

       Гнучкий диск обертається зі швидкістю 300-360 об / хв, а жорсткий диск - 3600- 7200 об / хв.

Логічне влаштування вінчестера

       Магнітний диск спочатку до роботи не готовий. Для приведення його в робочий стан він повинен бути відформатований, тобто повинна бути створена структура диска.

       Структура (розмітка) диска створюється в процесі форматування.

Форматування магнітних дисків включає 2 етапи:

• фізичне форматування (низького рівня)
• логічне (високого рівня)

       При фізичному форматуванні робоча поверхня диска розбивається на окремі області, звані секторами, які розташовані вздовж концентричних кіл - доріжок.

       Крім того, визначаються сектора, непридатні для запису даних, вони позначаються як погані для того, щоб уникнути їх використання. Кожен сектор є мінімальною одиницею даних на диску, має власну адресу для забезпечення прямого доступу до нього. Адреса сектора включає номер сторони диска, номер доріжки і номер сектора на доріжці. Задаються фізичні параметри диска.

       Як правило, користувачеві не потрібно займатися фізичною форматуванням, так як в більшості випадків жорсткі диски поступають в отформатированном вигляді. Взагалі кажучи, цим повинен займатися спеціалізований сервісний центр.

Форматування низького рівня потрібно проводити в наступних випадках:

• якщо з'явився збій в нульовій доріжці, що викликає проблеми при завантаженні з жорсткого диска, але сам диск при завантаженні з дискети доступний;
• якщо ви повертаєте в робочий стан старий диск, наприклад, переставленний зі зламаного комп'ютера.
• якщо диск виявився відформатованим для роботи з іншою операційною системою;
• якщо диск перестав нормально працювати і всі методи відновлення не дали позитивних результатів.

       Потрібно мати на увазі, що фізичне форматування є дуже сильнодіючою операцією - при його виконанні дані, що зберігалися на диску будуть повністю стерті і відновити їх буде абсолютно неможливо! Тому не приступайте до форматування низького рівня, якщо ви не впевнені в тому, що зберегли всі важливі дані поза жорсткого диска!

       Після того, як ви виконаєте форматування низького рівня, слід черговий етап - створення розбиття жорсткого диска на один або кілька логічних дисків - найкращий спосіб впоратися з плутаниною каталогів і файлів, розкиданих по диску.

       Чи не додаючи ніяких апаратних елементів у вашу систему, Ви отримуєте можливість працювати з декількома частинами одного жорсткого диска, як з декількома накопичувачами.

При цьому ємність диска не збільшується, проте можна значно поліпшити його організацію. Крім того, різні логічні диски можна використовувати для різних операційних систем.

       При логічному форматуванні відбувається остаточна підготовка носія до зберігання даних шляхом логічної організації дискового простору.

       Диск готується для запису файлів в сектори, створені при низкоуровневом форматуванні.

Після створення таблиці розбивки диска слід черговий етап - логічне форматування окремих частин розбивки, іменованих надалі логічними дисками.

       Логічний диск - це деяка область жорсткого диска, що працює так само, як окремий накопичувач.

       Логічне форматування є значно простіший процес, ніж форматування низького рівня.

Для того, щоб виконати його, Завантажити з дискети, що містить утиліту FORMAT.

Якщо у вас кілька логічних дисків, послідовно відформатуйте все.

       В процесі логічного форматування на диску виділяється системна область, яка складається з 3-х частин:

• завантажувального сектора і таблиця розділів (Boot reсord)
• таблиці розміщення файлів (FAT), в яких записуються номери доріжок і секторів, що зберігають файли
• кореневий каталог (Root Direсtory).

       Запис інформації здійснюється частинами через кластер. В одному і тому ж кластері не може бути 2-х різних файлів.

Крім того, на даному етапі диску може бути присвоєно ім'я.

       Жорсткий диск може бути розбитий на кілька логічних дисків і навпаки 2 жорстких диска може бути об'єднані в один логічний.

       Рекомендується на жорсткі диску створювати як мінімум два розділи (два логічних диска): один з них відводиться під операційну систему та програмне забезпечення, другий диск виключно виділяється під дані користувача. Таким чином дані та системні файли зберігаються окремо один від одного і в разі збою операційної системи набагато більше вереятность збереження даних користувача.