+7 (812) 94-34-674
Петроградская ул. Большая Пушкарская, д. 45, офис 5
Сенная Спасский переулок, д.14/35, Лит. А., офис 411
Пн-Пт 11.00-19.00
Сб 12.00-17.00

Составные части жесткого диска

Цель данной статьи — показать вам, как современный жесткий диск или HDD устроен, каковы его основные части, как они выглядят. В качестве примера мы будем разбирать 3.5, 2.5 SATA и IDE диски.

В целом, жесткий диск состоит из двух частей: электронной платы и механической части внутри т.н. «гермоблока» (герметичного блока). Рассмотрим эти части более детально:

Плата с разъемом питания и интерфейсным соединителем находится в нижней части диска. Это контроллер жесткого диска PCB (Printed Circuit Board). На этой плате располагаются основные электронные компоненты жесткого диска.

Остальные элементы в черном корпусе, который называется «гермоблок», включающие в себя блок магнитных головок и магнитные диски носят название HDA (Head Disk Assembly — блок головок и дисков).

Сердцем PCB является самый большой чип, который находится в середине и называется процессором или MCU. На современном жестком диске MCU обычно состоит из центрального процессора и процессора, который делает все расчеты и содержит канал чтения / записи, который преобразует аналоговые сигналы от блока головок в цифровую информацию в процессе чтения и кодирует цифровую информацию в аналоговый сигнал, когда требуется произвести запись. MCU также имеет порты ввода-вывода для управления всеми элементами на печатной плате и передаёт данные через интерфейс SATA.

На плате также имеется чип памяти DDR SDRAM типа NAND. Размер памяти определяет размер кэша HDD. Эта печатная плата имеет чип памяти Samsung 32MB DDR, что теоретически означает, что HDD имеет кэш 32 Мб (и вы можете найти такую ​​информацию в спецификации этого жесткого диска), но это не совсем верно. Потому что память логически разделена на буфер или кэш-память и памяти прошивки. Процессор использует некоторый объем памяти для хранения некоторых модулей прошивки и, насколько мы знаем, только диски Hitachi / IBM показывают реальный размер кэша в спецификации, каков реальный кэш других дисков, остаётся только догадываться.

Похожую структуру имеют и USB flash накопители (флешки). У этих устройств на плате располагаются контроллер и чип памяти.

Следующий чип — контроллер шпиндельного двигателя или контроллер VCM. Этот чип является наиболее энергопотребляющим на печатной плате. Он контролирует вращение шпиндельного двигателя и движения головки. Ядро контроллера VCM может нагреваться до рабочей температуры 100C/212F, вследствие чего этот элемент подвержен риску перегрева и выхода из строя.

Чип памяти хранит часть программного обеспечения диска. При подаче питания на диск чип MCU читает содержимое флэш чипа и запускает код. Без такого кода диск даже не раскручивается. При отсутствии флэш-памяти на печатной плате содержание прошивки располагается внутри MCU.

Датчик удара может обнаружить чрезмерное механическое воздействие на диск и отправить соответствующий сигнал на контроллер VCM. В таком случае контроллер VCM сразу паркует магнитные головки, а иногда и снижает скорость вращения диска. Теоритически, это должно защищать жесткий диск от дальнейшего повреждения, но на практике это не так, поэтому при падении во время работы диск выходит из строя. На некоторых дисках датчик ударов используется для обнаружения даже легких колебаний, и сигналы от таких датчиков помогают VCM контроллеру контролировать движение диска. Для успешной корректировки работы жесткого диска таких датчиков должно быть не менее двух.

БМГ от ноутбучного жесткого диска. НеваФайл. Восстановление информации с жестких дисков, карт памяти и флешек. Восстановление данных с жестких дисков, карт памяти и флешек. Восстановление файлов с жестких дисков, карт памяти и флешек.

Другое защитное устройство называется «экранированный диод», оно подавляет скачки напряжения. Этот диод защищает плату при перепадах напряжения от внешних источников питания. Когда экранированный диод обнаруживает скачок напряжения, он создает короткое замыкание между разъемом питания и землей. На плате есть два диода: для 5V и 12V.

Давайте рассмотрим HDA.

Тут вы можете увидеть контакты блока магнитных головок и двигателя, которые скрывались под PCB. Существует также небольшое, почти незаметное, отверстие на HDA. Это отверстие называется «Breath Hole». Возможно, вы слышали о том, что жесткий диск имеет вакуум внутри, но это не так. HDD использует Breath Hole отверстие для выравнивания давления внутри и снаружи HDA. С внутренней стороны Breath Hole отверстие закрыто дышащим фильтром, который делает воздух внутри чистым и сухим.

Жесткий диск 2,5 дюйма без БМГ. НеваФайл. Восстановление информации с жестких дисков, карт памяти и флешек. Восстановление данных с жестких дисков, карт памяти и флешек. Восстановление файлов с жестких дисков, карт памяти и флешек.

Теперь пришло время взглянуть под крышку. На самой крышке нет ничего интересного: просто кусок стали с резиновым шнуром для защиты от пыли. Наконец, мы увидим HDA изнутри.

Драгоценные данные, хранятся на магнитных пластинах, которые вы можете увидеть на картинке. Магнитные блины изготовлены из полированного алюминия или стекла и покрыты несколькими слоями различных соединений, включая ферромагнитный слой, который на самом деле хранит все данные. Как вы можете видеть часть пластин покрыта сепараторами (разделителями). Они уменьшают колебания воздуха и акустический шум. Обычно разделители изготовлены из алюминия или пластика. Алюминиевый сепаратор лучше для охлаждения воздуха внутри HDA. Следующая картинка показывает магнитные блины и сепараторы со стороны.

Фильтр может иметь внутри некоторое количество силикагеля для уменьшения влажности воздуха.

БМГ от ноутбучного жесткого диска. НеваФайл. Восстановление информации с жестких дисков, карт памяти и флешек. Восстановление данных с жестких дисков, карт памяти и флешек. Восстановление файлов с жестких дисков, карт памяти и флешек.
БМГ от ноутбучного жесткого диска.

Магнитные головы установлены на Assemble Head Stack или HSA (в русском варианте — блок магнитных голов, далее БМГ). Этот диск имеет площадку для парковки ближе к оси, и, если диск не находится в работающем состоянии, БМГ обычно припаркован как показано на картинке. Жесткий диск является точным механизмом и для того, чтобы работать нормально, ему нужен очень чистый воздух внутри. Во время работы жесткого диска внутри гермоблока со временем могут образоваться некоторые очень мелкие частицы металла и масла. Для очистки воздуха жесткий диск использует фильтр рециркуляции. Это высокотехнологичный фильтр, который постоянно собирает и поглощает даже мельчайшие частицы. Фильтр расположен на пути движения воздуха, создаваемого вращением пластин. Теперь мы собираемся удалить верхний магнит, чтобы увидеть то, что находится под ним. Жесткий диск используют очень сильные неодимовые магниты. Такой магнит настолько силен, что он может поднять груз весом до 1300 раз больше собственного, так что не помещайте пальцы между магнитом и сталью или другим магнитом — он может оказать сильное воздействие. На нижнем магните обычно установлен ограничитель блока магнитных голов. Он нужен для того, чтобы блок голов не мог выйти за пределы пластин при работе. Ограничители могут иметь различную конструкцию, их не всегда одинаковое количество, но так или иначе на современных жестких дисках должен иметься минимум один ограничитель. Бывает, что второй ограничитель расположен под верхним магнитом. Следующая деталь блока магнитных голов — звуковая катушка. Звуковая катушка и магниты образуют двигатель звуковой катушки или VCM. VCM и БМГ образуют привод — устройство, которое движет головы. Чёрная пластиковая штучка на защёлке привода — это устройство защиты, которое не допускает выхода магнитных голов на пластины в момент, когда диск не работает или стукнулся. Выходит же блок магнитных голов на поверхность диска красиво и гладко, благодаря подшипникам. Большая часть БМГ —фрезерованный кусок алюминия, который называется «Arm» или в русском варианте «коромысло». К коромыслу крепятся магнитные головы. Головки и подшипники производятся, как правило, на разных заводах. Гибкий оранжевый виджет FPC соединяет БМГ и пластину с управляющими контактами. На следующей картинке вы можете видеть контакты БМГ. Прокладка делает соединения герметичными. Контакты на этом диске покрыты тонким слоем золота для лучшей проводимости. Всё это в комплексе и представляет собой классическое определение понятия «коромысло». Иногда в качестве коромысла подразумевает весь металлический кусок БМГ. Маленькие чёрные детали в конце БМГ называются ползунки. Во многих источниках можно найти, что ползунки —это фактически руководители процесса, т.е. магнитные головки, но сам ползунок —не голова, это крыло, которое помогает считывать и записывать информацию на поверхности блинов. Расстояние между ползунком и поверхностью пластины на современных жестких дисках составляет приблизительно 5-10 нанометров (например, волос человека в среднем составляет около 25000 нанометров в диаметре). Если какая-то частица попадёт в этот промежуток во время работы диска, под ползунком сразу возникает трение и, соответственно, перегрев, от чего магнитная голова может выйти из строя, поэтому чистый воздух внутри гермоблока является столь важным. Данные, записываемые на пластину, нельзя увидеть обычным глазом, только через хороший микроскоп, потому что символы, которыми они кодируются, очень малы. Поверхность ползунка не плоская, она имеет аэродинамические канавки. Эти канавки помогают ползунку летать на определенной высоте. Воздух под ползунком образует воздушную подушку —ABS (Air Bearing Surface). ABS позволяет ползунку двигаться почти параллельно поверхности блинов. Существует очень важная часть БМГ, которую мы еще не обсудили — предусилитель. Предусилитель — это чип, который управляет магнитными головами и усиливает сигналы из них. Причина, по которой предусилитель находится внутри БМГ, проста: сигналы от управляющих контактов очень слабы и на современных жестких дисках имеют чистоту не более чем 1 ГГц, если изъять предусилитель из БМГ, то такие слабые сигналы просто не дойдут до печатной платы. Предусилитель имеет гораздо больше треков, идущих к управляющим контактам (правая сторона), чем к БМГ (левая сторона). Предусилитель устроен так потому, что HDD может работать одновременно только с одной головкой. HDD посылает управляющие сигналы предусилителю и предусилитель выбирает головку, которая HDD нужна в данный момент. Это HDD имеет шесть контактов в предусилителе, почему так много ? Один контакт для земли, два других для чтения и записи элементов. Другие два для микроактюаторов — специальных пьезоэлектрических или магнитных устройств, которые могут переместить или повернуть регулятор, что помогает настроить позицию головки на дорожке. И, наконец, последний контакт для нагревателя. Нагреватель помогает отрегулировать высоту полёта головки. Для этого нагреватель нагревает карданный подвес ползунков. После того, как карданный подвес нагревается, он наклоняется к поверхности диска, что снижает высоту полета. После охлаждения карданный подвес самостоятельно возвращается в исходное положение. Ниже под БМГ находятся магнитные блины, которые находятся в пакете пластин, сжимающим их между собой. Это делается для того, чтобы пластины оставались на оси во время вращения шпинделя. Снимем верхнюю пластину, под ней увидим, что пакет имеет номер для руководителей — пластин, лежащих на разделительных кольцах. Разделительное кольцо является высокоточным, деталь выполнена из немагнитного сплава или полимера. Под магнитами находится фильтр, о нём мы уже говорили выше.

Вот как устроен современный жесткий диск .

Надеюсь, вы нашли что-то интересное в этой статье. Вы можете оставить отзыв или вопрос нам.