Thực đơn
trang chủẢnh và video

Ổ cứng hoạt động như thế nào? Ổ cứng hoạt động như thế nào

Đĩa cứng

Được thực hiện bởi một sinh viên
nhóm 40-101B.
Karimov K.R.
Giáo viên:
Usov P.A.

1. Nguyên lý hoạt động của ổ cứng.. 3

2. Thiết bị đĩa.. 5

3. Hoạt động của ổ cứng.. 10

4. Khối lượng, tốc độ và thời gian truy cập.. 12

5. Giao diện ổ cứng.. 14

6. Ổ cứng gắn ngoài... 16

Ổ cứng hoạt động như thế nào

Ổ đĩa cứng là một trong những thiết bị tiên tiến và phức tạp nhất của máy tính cá nhân hiện đại. Đĩa của nó có khả năng lưu trữ nhiều megabyte thông tin được truyền với tốc độ rất lớn. Trong khi hầu hết các thành phần máy tính hoạt động âm thầm thì ổ cứng lại kêu cót két, khiến nó trở thành một trong số ít thiết bị máy tính có chứa cả linh kiện cơ khí và điện tử.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của ổ cứng ít thay đổi kể từ khi ra đời. Thiết bị của ổ cứng rất giống với một máy ghi âm thông thường. Chỉ bên dưới thân máy mới có thể có nhiều tấm gắn trên một trục chung và các đầu có thể đọc thông tin từ cả hai mặt của mỗi tấm cùng một lúc. Tốc độ quay của các tấm (đối với một số kiểu máy đạt tới 15.000 vòng / phút) là không đổi và là một trong những đặc điểm chính. Đầu di chuyển dọc theo tấm ở một khoảng cách cố định nhất định so với bề mặt. Khoảng cách này càng nhỏ thì độ chính xác của việc đọc thông tin càng cao và mật độ ghi thông tin càng lớn. Khi nhìn vào ổ cứng, tất cả những gì bạn thấy là một lớp vỏ kim loại bền bỉ. Nó được bịt kín hoàn toàn và bảo vệ ổ đĩa khỏi các hạt bụi, nếu chúng lọt vào khe hẹp giữa đầu và bề mặt đĩa, có thể làm hỏng lớp từ tính nhạy cảm và làm hỏng đĩa. Ngoài ra, vỏ còn bảo vệ ổ đĩa khỏi nhiễu điện từ. Bên trong vỏ máy là tất cả các cơ chế và một số linh kiện điện tử. Các cơ chế này là các đĩa lưu trữ thông tin, các đầu ghi và đọc thông tin từ các đĩa và các động cơ khiến tất cả chuyển động. Đĩa là một tấm tròn có bề mặt rất nhẵn, thường được làm bằng nhôm, ít thường bằng gốm hoặc thủy tinh, được phủ một lớp sắt từ mỏng. Các đĩa được thực hiện. Nhiều ổ đĩa sử dụng lớp oxit sắt (lớp phủ băng từ thông thường), nhưng các ổ cứng mới nhất sử dụng lớp coban dày khoảng 10 micron. Lớp phủ này bền hơn và ngoài ra, còn cho phép bạn tăng đáng kể mật độ ghi. Công nghệ ứng dụng của nó gần giống với công nghệ được sử dụng trong sản xuất mạch tích hợp.

Số lượng đĩa có thể khác nhau - từ một đến năm, số lượng bề mặt làm việc tương ứng lớn gấp đôi (hai trên mỗi đĩa). Loại thứ hai (cũng như vật liệu được sử dụng cho lớp phủ từ tính) quyết định dung lượng của ổ cứng. Đôi khi các bề mặt bên ngoài của các đĩa bên ngoài (hoặc một trong số chúng) không được sử dụng, điều này có thể làm giảm chiều cao của ổ đĩa, nhưng đồng thời số lượng bề mặt làm việc cũng giảm đi và có thể trở nên kỳ quặc.

Đầu từ đọc và ghi thông tin vào đĩa. Nguyên tắc ghi nói chung tương tự như nguyên tắc được sử dụng trong máy ghi băng thông thường. Thông tin kỹ thuật số được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều cung cấp cho đầu từ, sau đó được truyền đến đĩa từ, nhưng ở dạng từ trường mà đĩa có thể nhận biết và “ghi nhớ”. Lớp phủ từ tính của đĩa bao gồm nhiều vùng từ hóa tự phát rất nhỏ. Để minh họa, hãy tưởng tượng rằng chiếc đĩa được bao phủ bởi một lớp mũi tên la bàn rất nhỏ chỉ theo các hướng khác nhau. Các hạt mũi tên như vậy được gọi là miền. Dưới tác dụng của từ trường bên ngoài, từ trường của chính các miền được định hướng theo hướng của nó. Sau khi chấm dứt trường ngoài, các vùng từ hóa dư được hình thành trên bề mặt đĩa. Bằng cách này, thông tin ghi trên đĩa sẽ được lưu lại. Các vùng từ hóa dư, khi đĩa quay đối diện với khe hở của đầu từ, tạo ra một suất điện động trong đó, lực điện này thay đổi tùy thuộc vào độ lớn của từ hóa. Bộ đĩa, được gắn trên trục chính, được dẫn động bởi một động cơ đặc biệt nằm gọn bên dưới nó. Tốc độ quay của đĩa thường là 7200 vòng/phút. Để giảm thời gian cần thiết để bộ truyền động bắt đầu hoạt động, động cơ sẽ chạy ở chế độ cưỡng bức trong một thời gian khi bật. Vì vậy, nguồn điện của máy tính phải có nguồn dự trữ ở mức cao nhất. Bây giờ về hoạt động của những người đứng đầu. Chúng di chuyển với sự trợ giúp của một động cơ bước chính xác và dường như “nổi” ở khoảng cách chỉ bằng một phần micron so với bề mặt đĩa mà không chạm vào nó. Kết quả của việc ghi thông tin là các vùng từ hóa được hình thành trên bề mặt đĩa dưới dạng các vòng tròn đồng tâm. Chúng được gọi là đường ray từ tính. Di chuyển, những người đứng đầu dừng lại ở mỗi bài hát tiếp theo. Một tập hợp các rãnh nằm bên dưới cái kia trên tất cả các bề mặt được gọi là hình trụ. Tất cả các đầu truyền động đều di chuyển đồng thời, tiếp cận các trụ cùng tên có cùng số.

Thiết bị đĩa

Một ổ cứng thông thường bao gồm HDA và bảng điện tử. Tất cả các bộ phận cơ khí đều được đặt trong HDA; tất cả các thiết bị điện tử điều khiển đều được đặt trên bo mạch, ngoại trừ bộ tiền khuếch đại, được đặt bên trong HDA gần với các đầu từ.

Dưới các đĩa có một động cơ - phẳng, giống như trong ổ đĩa mềm, hoặc được tích hợp vào trục xoay của gói đĩa. Khi các đĩa quay, một luồng không khí mạnh được tạo ra, lưu thông xung quanh chu vi của HDA và liên tục được làm sạch bằng bộ lọc được lắp đặt ở một trong các mặt của nó.

Gần hơn với các đầu nối, ở bên trái hoặc bên phải của trục xoay có một bộ định vị quay, phần nào gợi nhớ đến hình dáng của một cần trục tháp: ở một bên của trục, có các đầu từ mỏng, dài và nhẹ hướng về phía trục. đĩa, mặt khác là một thân ngắn và lớn hơn với cuộn dây truyền động điện từ. Khi cánh tay đòn định vị quay, các đầu di chuyển theo hình vòng cung giữa tâm và ngoại vi của đĩa. Góc giữa trục của bộ định vị và trục xoay được chọn cùng với khoảng cách từ trục bộ định vị đến các đầu sao cho trục của đầu lệch ít nhất có thể so với đường tiếp tuyến khi quay.

Trong các mẫu trước đó, cánh tay đòn được gắn trên trục của động cơ bước và khoảng cách giữa các rãnh được xác định bởi kích thước bước. Các mô hình hiện đại sử dụng cái gọi là động cơ tuyến tính, không có bất kỳ sự rời rạc nào và việc lắp đặt trên đường ray được thực hiện theo tín hiệu ghi trên đĩa, giúp tăng đáng kể độ chính xác của ổ đĩa và mật độ ghi trên đĩa.

Cuộn dây định vị được bao quanh bởi một stato, là một nam châm vĩnh cửu. Khi một dòng điện có cường độ và cực tính nhất định được cung cấp cho cuộn dây, cần lắc bắt đầu quay theo hướng thích hợp với gia tốc tương ứng; Bằng cách thay đổi linh hoạt dòng điện trong cuộn dây, bạn có thể đặt bộ định vị ở bất kỳ vị trí nào. Hệ thống truyền động này được gọi là Voice Coil, tương tự như một loa hình nón.

Trên thân thường có cái gọi là chốt từ - một nam châm vĩnh cửu nhỏ, khi các đầu ở vị trí cực bên trong (vùng tiếp đất), sẽ bị hút vào bề mặt của stato và cố định cần gạt ở vị trí này. Đây được gọi là vị trí dừng của các đầu, nằm trên bề mặt đĩa, tiếp xúc với nó. Trong một số mẫu đắt tiền (thường là SCSI), một nam châm điện đặc biệt được cung cấp để cố định bộ định vị, phần ứng của nó ở vị trí tự do sẽ chặn chuyển động của cánh tay đòn. Không có thông tin nào được ghi lại trong vùng hạ cánh đĩa.

Không gian trống còn lại chứa bộ tiền khuếch đại cho tín hiệu được loại bỏ khỏi đầu và công tắc của chúng. Bộ định vị được kết nối với bảng tiền khuếch đại bằng cáp ruy băng linh hoạt, tuy nhiên, ở một số ổ cứng (đặc biệt là một số mẫu Maxtor AV), cuộn dây được cấp nguồn bằng các dây lõi đơn riêng biệt, có xu hướng bị đứt khi hoạt động. Khối kín chứa đầy không khí không có bụi thông thường dưới áp suất khí quyển. Trong vỏ khối kín của một số ổ cứng, các cửa sổ nhỏ được chế tạo đặc biệt, bịt kín bằng một lớp màng mỏng, có tác dụng cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài. Ở một số mẫu, cửa sổ được đóng bằng bộ lọc thoáng khí. Đối với một số kiểu ổ cứng, trục xoay và trục định vị chỉ được cố định ở một nơi - trên thân ổ cứng, đối với những kiểu khác, chúng được cố định thêm bằng vít vào nắp HDA. Các mô hình thứ hai nhạy cảm hơn với biến dạng vi mô trong quá trình siết chặt - siết chặt các vít buộc đủ để gây ra sự lệch trục không thể chấp nhận được. Trong một số trường hợp, sự biến dạng như vậy có thể trở nên khó đảo ngược hoặc hoàn toàn không thể đảo ngược. Bảng điện tử có thể tháo rời và kết nối với HDA thông qua một hoặc hai đầu nối có kiểu dáng khác nhau. Bo mạch chứa bộ xử lý ổ cứng chính, ROM với chương trình, RAM hoạt động, thường được sử dụng làm bộ đệm đĩa, bộ xử lý tín hiệu số (DSP) để chuẩn bị ghi và xử lý tín hiệu đọc cũng như logic giao diện. Trên một số ổ cứng, chương trình bộ xử lý được lưu trữ hoàn toàn trong ROM, trên những ổ khác, một phần nhất định của nó được ghi vào vùng dịch vụ của đĩa. Đĩa cũng có thể chứa các thông số ổ đĩa (model, số sê-ri, v.v.). Một số ổ cứng lưu trữ thông tin này trong ROM lập trình bằng điện (EEPROM).

Nhiều ổ cứng có giao diện công nghệ đặc biệt với đầu nối trên bảng điện tử, qua đó, bằng cách sử dụng thiết bị băng ghế, bạn có thể thực hiện các thao tác dịch vụ khác nhau với ổ đĩa - kiểm tra, định dạng, gán lại các vùng bị lỗi, v.v. Ổ đĩa thương hiệu Conner hiện đại có giao diện công nghệ được thực hiện theo tiêu chuẩn giao diện nối tiếp, cho phép bạn kết nối nó thông qua bộ chuyển đổi với thiết bị đầu cuối chữ và số hoặc cổng COM của máy tính. ROM chứa cái gọi là hệ thống giám sát kiểm tra (TMOS), nhận các lệnh được gửi từ thiết bị đầu cuối, thực thi chúng và đưa kết quả trở lại thiết bị đầu cuối. Các ổ đĩa cứng thời kỳ đầu, như đĩa mềm, được sản xuất với bề mặt từ tính sạch; việc đánh dấu (định dạng) ban đầu được người tiêu dùng thực hiện theo quyết định của mình và có thể được thực hiện bất kỳ số lần nào. Đối với các mẫu máy hiện đại, việc đánh dấu được thực hiện trong quá trình sản xuất; Đồng thời, thông tin servo được ghi trên đĩa - các dấu hiệu đặc biệt cần thiết để ổn định tốc độ quay, tìm kiếm các cung và theo dõi vị trí của các đầu trên bề mặt. Cách đây không lâu, một bề mặt riêng biệt (dành riêng) đã được sử dụng để ghi lại thông tin servo, dọc theo đó, đầu của tất cả các bề mặt khác sẽ được điều chỉnh. Một hệ thống như vậy đòi hỏi độ cứng cao của việc buộc chặt các đầu để không có sự khác biệt giữa chúng sau khi đánh dấu ban đầu. Ngày nay, thông tin servo được ghi lại trong khoảng trống giữa các khu vực (được nhúng), giúp tăng công suất hữu ích của gói và loại bỏ các hạn chế về độ cứng của hệ thống chuyển động. Một số kiểu máy hiện đại sử dụng hệ thống theo dõi kết hợp - thông tin servo tích hợp kết hợp với bề mặt chuyên dụng; trong trường hợp này, điều chỉnh thô được thực hiện trên bề mặt đã chọn và điều chỉnh tinh được thực hiện trên các dấu tích hợp.

Vì thông tin servo thể hiện bố cục tham chiếu của đĩa nên bộ điều khiển ổ cứng không thể khôi phục độc lập nó trong trường hợp bị hỏng. Khi định dạng ổ cứng như vậy bằng phần mềm, chỉ có thể viết lại tiêu đề và tổng kiểm tra các cung dữ liệu.

Trong quá trình đánh dấu và kiểm tra ban đầu một ổ cứng hiện đại tại nhà máy, hầu như luôn phát hiện được các thành phần bị lỗi và được đưa vào bảng phân công lại đặc biệt. Trong quá trình hoạt động bình thường, bộ điều khiển ổ cứng sẽ thay thế các khu vực này bằng các khu vực dự trữ, được dành riêng cho mục đích này trên mỗi rãnh, nhóm rãnh hoặc vùng dành riêng của đĩa. Nhờ đó, ổ cứng mới tạo ra vẻ ngoài hoàn toàn không có khuyết tật bề mặt, mặc dù trên thực tế, chúng hầu như luôn tồn tại.

Khi bật nguồn, bộ xử lý ổ cứng sẽ thực hiện kiểm tra điện tử, sau đó nó ra lệnh bật động cơ trục chính. Khi đạt đến một tốc độ quay tới hạn nhất định, mật độ không khí do bề mặt của đĩa cuốn vào sẽ đủ để thắng lực ép của các đầu lên bề mặt và nâng chúng lên độ cao vài micron so với bề mặt của đĩa. đĩa - đầu "nổi". Từ thời điểm này cho đến khi tốc độ giảm xuống dưới mức tới hạn, các đầu “treo” trên đệm không khí và hoàn toàn không chạm vào bề mặt của đĩa.

Sau khi các đĩa đạt tốc độ quay gần với tốc độ danh nghĩa (thường là 3600, 4500, 5400 hoặc 7200 vòng/phút), các đầu được đưa ra khỏi vùng đỗ và việc tìm kiếm dấu servo bắt đầu ổn định chính xác tốc độ quay. Sau đó, thông tin được đọc từ khu vực dịch vụ - đặc biệt là bảng phân công lại các khu vực bị lỗi.

Khi kết thúc quá trình khởi tạo, bộ định vị được kiểm tra bằng cách liệt kê một chuỗi các rãnh nhất định - nếu thành công, bộ xử lý sẽ đặt dấu hiệu sẵn sàng trên giao diện và chuyển sang chế độ vận hành thông qua giao diện.

Trong quá trình vận hành, hệ thống giám sát vị trí đầu trên đĩa hoạt động liên tục: tín hiệu lỗi được trích ra từ tín hiệu đọc liên tục, tín hiệu này được đưa đến mạch phản hồi điều khiển dòng điện của cuộn dây định vị. Do sự lệch của đầu so với tâm rãnh, một tín hiệu xuất hiện trong cuộn dây, có xu hướng đưa nó về vị trí cũ.

Để phối hợp tốc độ của các luồng dữ liệu - ở cấp độ đọc/ghi và giao diện bên ngoài - ổ cứng có bộ đệm trung gian, thường bị gọi nhầm là bộ đệm, thường có kích thước vài chục hoặc hàng trăm kilobyte. Trong một số kiểu máy (ví dụ: Lượng tử), bộ đệm được đặt trong RAM hoạt động chung, nơi phần lớp phủ của vi chương trình điều khiển được tải lần đầu tiên, làm cho dung lượng thực tế của bộ đệm nhỏ hơn toàn bộ dung lượng RAM (80 -90 kB với RAM 128 kB cho Lượng tử). Đối với các model khác (Conner, Caviar), RAM bộ đệm và bộ xử lý được làm riêng.

Khi tắt nguồn, bộ xử lý, sử dụng năng lượng còn lại trong các tụ điện của bo mạch hoặc trích xuất nó từ cuộn dây của động cơ, đồng thời hoạt động như một máy phát điện, sẽ ra lệnh đặt bộ định vị vào vị trí đỗ xe. vị trí cần hoàn thành trước khi tốc độ quay giảm xuống dưới mức tới hạn. Trong một số ổ đĩa cứng (Lượng tử), điều này được tạo điều kiện thuận lợi nhờ một thanh rung lò xo đặt giữa các đĩa, liên tục chịu áp suất không khí. Khi luồng không khí yếu đi, cần gạt sẽ đẩy thêm bộ định vị vào vị trí đỗ, nơi nó được cố định bằng chốt. Chuyển động của các đầu trục về phía trục chính cũng được tạo điều kiện thuận lợi nhờ lực hướng tâm phát sinh từ chuyển động quay của các đĩa.

Hoạt động của ổ cứng

Bây giờ - về quá trình của ổ cứng. Sau khi thiết lập ban đầu về điện tử và cơ khí, máy vi tính ổ cứng sẽ chuyển sang chế độ chờ lệnh từ bộ điều khiển nằm trên bo mạch hệ thống hoặc thẻ giao diện. Sau khi nhận được lệnh, nó sẽ bật đầu mong muốn, sử dụng các xung servo để tìm rãnh mong muốn, đợi cho đến khi khu vực mong muốn “tiếp cận” đầu và đọc hoặc ghi thông tin. Nếu bộ điều khiển yêu cầu đọc/ghi không chỉ một mà nhiều khu vực, ổ cứng có thể hoạt động ở chế độ được gọi là chế độ khối, sử dụng RAM làm bộ đệm và kết hợp đọc/ghi với truyền thông tin đến hoặc từ bộ điều khiển.

Để sử dụng tối ưu bề mặt đĩa, cái gọi là ghi bit được khoanh vùng (ZBR) được sử dụng, nguyên tắc của nó là trên các rãnh bên ngoài dài hơn (và do đó có dung lượng thông tin), thông tin được ghi với mật độ lớn hơn so với các rãnh bên trong. . Có tới hàng chục vùng trở lên như vậy với mật độ ghi không đổi được hình thành trên toàn bộ bề mặt; Theo đó, tốc độ đọc và ghi ở vùng bên ngoài cao hơn vùng bên trong. Nhờ đó, các tệp nằm gần “phần đầu” của ổ cứng thường sẽ được xử lý nhanh hơn các tệp nằm gần “phần cuối” của nó.

Bây giờ chúng ta hãy nói về nguồn gốc của số lượng đầu cực kỳ lớn được chỉ định trong các thông số ổ cứng. Ngày xưa, những con số này - số lượng trụ, đầu và cung ở mức giá cao hơn - thực sự chỉ ra các thông số vật lý thực (hình học) của ổ cứng. Tuy nhiên, khi sử dụng ZBR, số lượng cung thay đổi theo từng rãnh và đối với mỗi ổ cứng, những con số này là khác nhau - do đó, cái gọi là hình học logic bắt đầu được sử dụng khi ổ cứng báo cho bộ điều khiển một số tham số có điều kiện nhất định, và khi nhận lệnh, nó tự chuyển đổi địa chỉ logic thành địa chỉ vật lý. Đồng thời, một ổ cứng có hình học logic, chẳng hạn như 520 trụ, 128 đầu và 63 cung (tổng dung lượng - 2 GB), rất có thể chứa hai đĩa - và bốn đầu đọc/ghi.

Các ổ cứng thế hệ mới nhất sử dụng công nghệ PRML (Phản hồi một phần, Khả năng tối đa) và S.M.A.R.T. (Công nghệ phân tích và báo cáo tự giám sát - công nghệ phân tích và báo cáo tự giám sát). Cái đầu tiên được phát triển do với mật độ ghi hiện có, không thể đọc tín hiệu từ bề mặt đĩa một cách rõ ràng và rõ ràng - mức độ nhiễu và méo rất cao. Thay vì chuyển đổi trực tiếp tín hiệu, nó được so sánh với một tập hợp mẫu và dựa trên độ tương tự tối đa, đưa ra kết luận về việc chấp nhận một từ mã cụ thể - giống như cách chúng ta đọc các từ có chữ cái bị thiếu hoặc bị biến dạng .

Ổ cứng, ứng dụng công nghệ S.M.A.R.T., lưu giữ số liệu thống kê về các thông số vận hành của nó (số lần khởi động/dừng và số giờ làm việc, thời gian tăng tốc trục chính, lỗi được phát hiện/sửa, v.v.), thường xuyên được lưu trữ trong ROM có thể lập trình lại hoặc trong các khu vực dịch vụ của Cái đĩa. Thông tin này tích lũy trong suốt vòng đời của ổ cứng và có thể được các chương trình phân tích yêu cầu bất kỳ lúc nào; nó có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái cơ học, điều kiện vận hành hoặc xác suất hư hỏng gần đúng.


Thông tin liên quan.


Hướng dẫn

Thiết kế ổ cứng bao gồm một khối đĩa kim loại được phủ một lớp phủ đặc biệt có khả năng ghi nhớ và lưu trữ các tác động của từ trường. Các thiết kế hiện đại bao gồm 1–3 đĩa được cân bằng hoàn hảo và có bề mặt phẳng hoàn hảo vì tốc độ quay khá cao và đạt từ 7200 đến 10000 vòng/phút và độ chính xác định vị của các đầu phải cao.

Đầu từ đặc biệt được sử dụng để ghi và đọc thông tin trên đĩa. Thông thường, hai cái trên mỗi đĩa - ở cả hai mặt. Khi tiếp xúc với các xung hiện tại, các đầu từ tạo thành một từ trường và từ hóa một phần của đĩa với mô men từ theo một hướng nhất định (logic “một” hoặc logic “không”). Quá trình ghi được thực hiện bằng cách đặt một xung dòng điện vào thời điểm cần thiết, đầu từ được đặt đúng vị trí. Khi đọc thông tin từ đĩa, đầu đọc phản ứng với những thay đổi trong từ trường bằng cách kích thích dòng điện trong chúng. Loại tín hiệu tương tự này được đọc và chuyển đổi thành kỹ thuật số. Ở dạng này nó được chuyển vào hệ thống máy tính.

Thông tin trên đĩa từ được đặt và lưu trữ trên các rãnh dưới dạng các vòng tròn tập trung. Tất cả các đầu từ của ổ cứng tạo thành một khối chung. Di chuyển từ rãnh đĩa này sang rãnh đĩa khác cùng một lúc. Một đầu phục vụ một mặt của đĩa. Nghĩa là, các đầu từ nằm trên cùng một rãnh phía trên các đĩa khác nhau tại bất kỳ thời điểm nào. Do đó, tập hợp các rãnh này tạo thành một hình trụ. Gần đây, một bộ truyền động điện từ đã được sử dụng để di chuyển các đầu từ. Họ di chuyển xung quanh trục của họ. Một cuộn dây gắn phía sau đầu sẽ di chuyển chúng lên trên bề mặt đĩa bằng nam châm điện. Các đầu không được chạm vào đĩa, khi ngắt nguồn điện, chúng sẽ bị di chuyển từ bề mặt sang một bên.

Mỗi rãnh đĩa được chia thành các cung - phần tử nhỏ nhất của không gian đĩa có dung lượng lưu trữ là 512 byte. Tổng dung lượng bộ nhớ của ổ cứng có thể được xác định bằng tích của số đầu, trụ và số cung. Cũng cần lưu ý rằng trong quá trình sản xuất đĩa, các cung và rãnh bị lỗi sẽ được hình thành. Quá trình này không thể tránh được. Những khu vực này không được tính đến trong quá trình hoạt động. Điều chính là bản thân đĩa có tổng dung lượng cần thiết.

Vị trí hợp lý của các đầu, hình trụ và các khu vực thường khác với vị trí vật lý và được chỉ định trên vỏ ổ cứng. Các thông số được chương trình Setup lưu vào ổ cứng, sau đó máy tính hoạt động theo phân tích logic. Để phối hợp các giá trị vật lý và logic của thiết bị, một quy trình đặc biệt được sử dụng - dịch các tham số đĩa. Khối này nằm trên chính ổ cứng và chuyển đổi các hành lang logic thành hành lang vật lý, từ đó cung cấp quyền truy cập vào phần mong muốn của đĩa vật lý.


Máy tính là một thành phần không thể thiếu trong xã hội loài người. Nó xử lý hình ảnh, âm thanh, con số, từ ngữ. May mắn thay, mọi thông tin đều có thể được lưu lại để không bị mất khi tắt máy tính.

Công việc của ổ cứng bên trong máy tính là lưu trữ và truy xuất thông tin rất nhanh chóng. Ổ cứng là một phát minh vô cùng tuyệt vời của ngành công nghiệp máy tính. Nó có thể lưu trữ một lượng thông tin khổng lồ. Thiết bị thu nhỏ này ghi lại lượng thông tin gần như không giới hạn bằng cách sử dụng các định luật vật lý.

Nếu bạn vô tình định dạng ổ cứng, bạn vẫn có thể khôi phục dữ liệu từ đó nhưng sẽ tốn thời gian và tốn kém.

Ổ cứng hoạt động như thế nào?

Để hiểu, bạn cần phải phá vỡ nó. Một ổ cứng bao gồm năm phần chính:

Cần phải bảo vệ đĩa nếu chúng ta muốn sử dụng thiết bị này trong nhiều năm. Có thể có những loại thiệt hại nào? Thiệt hại đĩa không phải là một phép ẩn dụ. Trong những lớp mỏng như vậy, trọng lượng của phần đầu tương đương với trọng lượng của một chiếc máy bay 747, và trọng lượng của một chiếc máy bay 747 tương đương với trọng lượng của một trăm nghìn hành khách đang bay với tốc độ 100 km/h. Sai lệch một phần milimét và thế là xong...

Ma sát đóng vai trò quan trọng như thế nào khi người lắc lư bắt đầu đọc thông tin, di chuyển với tốc độ 60 lần mỗi giây. Động cơ rocker là vô hình vì hệ thống điện từ này hoạt động dựa trên sự tương tác của hai lực tự nhiên - điện và từ. Sự tương tác này làm tăng tốc rocker lên tốc độ ánh sáng.

Trước đây chúng ta đã nói về các thành phần, bây giờ hãy nói về việc lưu trữ dữ liệu. Dữ liệu được lưu trữ trong các rãnh hẹp trên bề mặt đĩa. Trong quá trình sản xuất, hơn hai trăm nghìn bản nhạc này được tạo trên đĩa. Mỗi ca khúc được chia thành các lĩnh vực. Bản đồ các tuyến đường và khu vực cho phép người đứng đầu xác định nơi ghi hoặc đọc thông tin. Bề mặt của đĩa mịn và sáng bóng, nhưng khi kiểm tra kỹ hơn thì cấu trúc lại phức tạp hơn. Lớp màng sắt từ trên bề mặt ghi nhớ tất cả thông tin được ghi lại. Đầu từ hóa một khu vực cực nhỏ trên phim, đặt mô men từ của một ô như vậy về một trong các trạng thái “0” hoặc “1”, mỗi số 0 và một như vậy được gọi là bit. Giá trị bit tương ứng với hướng của từ trường, cộng hoặc trừ và không cần phải lo lắng về sự an toàn của dữ liệu, vì một bức ảnh chất lượng tốt sẽ chiếm khoảng 29 triệu ô như vậy và nằm rải rác trên 12 khu vực khác nhau. Điều này nghe có vẻ ấn tượng nhưng trên thực tế, số lượng bit đáng kinh ngạc này chiếm một diện tích rất nhỏ trên bề mặt đĩa. Mỗi centimet vuông bề mặt chứa 31 tỷ bit. Tôi hiểu ký ức là như thế này.

Ổ cứng ghi và xuất thông tin với tốc độ khó có thể tưởng tượng được. Vận dụng các định luật từ trường, màng mỏng có thể ghi nhớ nhiều bộ bách khoa toàn thư khác nhau hoặc hàng trăm nghìn bức ảnh một cách dễ dàng. Ổ cứng thực sự là một thiết bị thu nhỏ đáng kinh ngạc, ghi lại mọi thông tin dưới dạng bit nhỏ. Kiệt tác kỹ thuật này đẩy ranh giới của vật lý hợp lý từng chút một.

Ổ cứng, hay còn gọi là ổ cứng, là một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống máy tính. Mọi người đều biết về điều này. Nhưng không phải người dùng hiện đại nào cũng có hiểu biết cơ bản về cách thức hoạt động của ổ cứng. Nhìn chung, nguyên lý hoạt động khá đơn giản để hiểu cơ bản, nhưng có một số sắc thái sẽ được thảo luận thêm.

Câu hỏi về mục đích và phân loại ổ cứng?

Tất nhiên, câu hỏi về mục đích chỉ mang tính tu từ. Bất kỳ người dùng nào, kể cả người mới bắt đầu, sẽ trả lời ngay rằng ổ cứng (hay còn gọi là ổ cứng, hay còn gọi là Hard Drive hay HDD) sẽ trả lời ngay rằng nó được dùng để lưu trữ thông tin.

Nói chung, điều này là đúng. Đừng quên rằng trên ổ cứng, ngoài hệ điều hành và tệp người dùng, còn có các phần khởi động do HĐH tạo ra, nhờ đó nó khởi động, cũng như một số nhãn nhất định mà bạn có thể nhanh chóng tìm thấy thông tin cần thiết trên ổ cứng. đĩa.

Mẫu mã hiện đại khá đa dạng: ổ cứng HDD thông thường, ổ cứng ngoài, ổ cứng thể rắn (SSD) tốc độ cao, mặc dù chúng không được phân loại chung là ổ cứng. Tiếp theo, đề xuất xem xét cấu trúc và nguyên lý hoạt động của ổ cứng, nếu chưa đầy đủ thì ít nhất cũng đủ hiểu các thuật ngữ và quy trình cơ bản.

Xin lưu ý rằng cũng có một phân loại đặc biệt về ổ cứng hiện đại theo một số tiêu chí cơ bản, trong đó có những tiêu chí sau:

  • phương pháp lưu trữ thông tin;
  • loại phương tiện truyền thông;
  • cách tổ chức tiếp cận thông tin.

Tại sao ổ cứng được gọi là ổ cứng?

Ngày nay, nhiều người dùng thắc mắc tại sao lại gọi ổ cứng là liên quan đến vũ khí nhỏ. Có vẻ như, điểm chung giữa hai thiết bị này là gì?

Thuật ngữ này xuất hiện vào năm 1973, khi ổ cứng HDD đầu tiên trên thế giới xuất hiện trên thị trường, thiết kế của nó bao gồm hai ngăn riêng biệt trong một hộp kín. Dung lượng mỗi ngăn là 30 MB, đó là lý do tại sao các kỹ sư đặt cho đĩa tên mã “30-30”, hoàn toàn phù hợp với nhãn hiệu súng “30-30 Winchester” phổ biến lúc bấy giờ. Đúng vậy, vào đầu những năm 90 ở Mỹ và Châu Âu, cái tên này gần như không còn được sử dụng, nhưng nó vẫn còn phổ biến trong không gian hậu Xô Viết.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ổ cứng

Nhưng chúng ta lạc đề. Nguyên lý hoạt động của ổ cứng có thể được mô tả ngắn gọn là các quá trình đọc hoặc ghi thông tin. Nhưng làm thế nào điều này xảy ra? Để hiểu nguyên lý hoạt động của ổ cứng từ tính, trước tiên bạn cần nghiên cứu cách thức hoạt động của nó.

Bản thân ổ cứng là một tập hợp các tấm, số lượng tấm có thể từ bốn đến chín, được kết nối với nhau bằng một trục (trục) gọi là trục xoay. Các tấm được đặt chồng lên nhau. Thông thường, vật liệu để sản xuất chúng là nhôm, đồng thau, gốm sứ, thủy tinh, v.v. Bản thân các tấm này có một lớp phủ từ tính đặc biệt dưới dạng vật liệu gọi là đĩa, dựa trên oxit gamma ferrite, oxit crom, bari ferrite, v.v. Mỗi tấm như vậy dày khoảng 2 mm.

Các đầu xuyên tâm (một đầu cho mỗi tấm) chịu trách nhiệm ghi và đọc thông tin, cả hai bề mặt đều được sử dụng trong các tấm. Tốc độ của nó có thể dao động từ 3600 đến 7200 vòng / phút và hai động cơ điện chịu trách nhiệm di chuyển các đầu.

Trong trường hợp này, nguyên tắc hoạt động cơ bản của ổ cứng máy tính là thông tin không được ghi ở bất cứ đâu mà ở những vị trí được xác định nghiêm ngặt, được gọi là các khu vực, nằm trên các đường hoặc rãnh đồng tâm. Để tránh nhầm lẫn, các quy tắc thống nhất sẽ được áp dụng. Điều này có nghĩa là các nguyên tắc hoạt động của ổ cứng, xét từ quan điểm cấu trúc logic của chúng, là phổ quát. Ví dụ: kích thước của một khu vực, được áp dụng làm tiêu chuẩn thống nhất trên toàn thế giới, là 512 byte. Lần lượt, các lĩnh vực được chia thành các cụm, là chuỗi các lĩnh vực liền kề. Và điểm đặc biệt trong nguyên lý hoạt động của ổ cứng về vấn đề này là việc trao đổi thông tin được thực hiện bởi toàn bộ cụm (toàn bộ chuỗi các ngành).

Nhưng việc đọc thông tin diễn ra như thế nào? Nguyên lý hoạt động của ổ đĩa từ cứng như sau: sử dụng một giá đỡ đặc biệt, đầu đọc được di chuyển theo hướng xuyên tâm (xoắn ốc) đến rãnh mong muốn và khi xoay, được đặt phía trên một khu vực nhất định và tất cả các đầu có thể di chuyển đồng thời, đọc cùng một thông tin không chỉ từ các bản nhạc khác nhau mà còn từ các đĩa (tấm) khác nhau. Tất cả các rãnh có cùng số sê-ri thường được gọi là hình trụ.

Trong trường hợp này, có thể nhận ra thêm một nguyên lý hoạt động của ổ cứng: đầu đọc càng gần bề mặt từ tính (nhưng không chạm vào) thì mật độ ghi càng cao.

Thông tin được viết và đọc như thế nào?

Ổ cứng hay ổ cứng được gọi là từ tính vì chúng sử dụng các định luật vật lý của từ tính do Faraday và Maxwell xây dựng.

Như đã đề cập, các tấm làm bằng vật liệu nhạy cảm không từ tính được phủ một lớp phủ từ tính, độ dày của lớp này chỉ vài micromet. Trong quá trình hoạt động, một từ trường xuất hiện, có cái gọi là cấu trúc miền.

Miền từ tính là vùng từ hóa của hợp kim sắt bị giới hạn nghiêm ngặt bởi các ranh giới. Hơn nữa, nguyên lý hoạt động của đĩa cứng có thể được mô tả ngắn gọn như sau: khi tiếp xúc với từ trường bên ngoài, từ trường của đĩa cứng bắt đầu được định hướng chặt chẽ dọc theo các đường từ và khi ngừng ảnh hưởng, các vùng từ hóa dư sẽ xuất hiện. trên các đĩa, trong đó thông tin trước đây có trong trường chính được lưu trữ.

Đầu đọc có nhiệm vụ tạo ra một trường bên ngoài khi viết và khi đọc, vùng từ hóa dư nằm đối diện với đầu sẽ tạo ra một lực điện động hoặc EMF. Hơn nữa, mọi thứ đều đơn giản: một thay đổi trong EMF tương ứng với một thay đổi trong mã nhị phân và sự vắng mặt hoặc chấm dứt của nó tương ứng với 0. Thời gian thay đổi của EMF thường được gọi là phần tử bit.

Ngoài ra, bề mặt từ tính, hoàn toàn dựa trên những cân nhắc của khoa học máy tính, có thể được liên kết dưới dạng một chuỗi điểm nhất định của các bit thông tin. Tuy nhiên, vì vị trí của những điểm như vậy không thể được tính toán chính xác tuyệt đối nên bạn cần cài đặt một số điểm đánh dấu được chỉ định trước trên đĩa để giúp xác định vị trí mong muốn. Việc tạo các dấu như vậy được gọi là định dạng (nói đại khái là chia đĩa thành các rãnh và các cung gộp lại thành cụm).

Cấu trúc logic và nguyên lý hoạt động của ổ cứng về mặt định dạng

Đối với tổ chức logic của ổ cứng, định dạng được đặt lên hàng đầu ở đây, trong đó có hai loại chính được phân biệt: cấp độ thấp (vật lý) và cấp độ cao (logic). Nếu không có những bước này thì sẽ không thể đưa ổ cứng vào tình trạng hoạt động được. Cách khởi tạo ổ cứng mới sẽ được thảo luận riêng.

Định dạng ở mức độ thấp liên quan đến tác động vật lý lên bề mặt của ổ cứng, tạo ra các cung nằm dọc theo rãnh. Điều tò mò là nguyên lý hoạt động của ổ cứng là mỗi khu vực được tạo ra có một địa chỉ duy nhất, bao gồm số của khu vực đó, số rãnh mà nó nằm trên đó và số của bên. của đĩa. Do đó, khi tổ chức truy cập trực tiếp, cùng một RAM sẽ truy cập trực tiếp vào một địa chỉ nhất định, thay vì tìm kiếm thông tin cần thiết trên toàn bộ bề mặt, nhờ đó đạt được hiệu suất (mặc dù đây không phải là điều quan trọng nhất). Xin lưu ý rằng khi thực hiện định dạng cấp thấp, tất cả thông tin sẽ bị xóa hoàn toàn và trong hầu hết các trường hợp, nó không thể khôi phục được.

Một điều nữa là định dạng logic (trong hệ thống Windows đây là định dạng nhanh hoặc định dạng nhanh). Ngoài ra, các quy trình này cũng có thể áp dụng để tạo các phân vùng logic, là một khu vực nhất định của ổ cứng chính hoạt động theo cùng nguyên tắc.

Định dạng logic chủ yếu ảnh hưởng đến khu vực hệ thống, bao gồm khu vực khởi động và bảng phân vùng (Bản ghi khởi động), bảng phân bổ tệp (FAT, NTFS, v.v.) và thư mục gốc (Thư mục gốc).

Thông tin được ghi vào các phần thông qua cụm thành nhiều phần và một cụm không thể chứa hai đối tượng (tệp) giống hệt nhau. Trên thực tế, việc tạo một phân vùng logic sẽ tách nó ra khỏi phân vùng hệ thống chính, do đó thông tin được lưu trữ trên đó không bị thay đổi hoặc xóa trong trường hợp có lỗi và lỗi.

Đặc điểm chính của ổ cứng

Có vẻ như nhìn chung nguyên lý hoạt động của ổ cứng hơi rõ ràng. Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang các đặc điểm chính giúp đưa ra bức tranh hoàn chỉnh về tất cả các khả năng (hoặc khuyết điểm) của ổ cứng hiện đại.

Nguyên lý hoạt động của ổ cứng và các đặc tính chính của nó có thể hoàn toàn khác nhau. Để hiểu những gì chúng ta đang nói đến, hãy nêu bật các thông số cơ bản nhất đặc trưng cho tất cả các thiết bị lưu trữ thông tin được biết đến ngày nay:

  • công suất (khối lượng);
  • hiệu suất (tốc độ truy cập dữ liệu, đọc và ghi thông tin);
  • giao diện (phương thức kết nối, loại bộ điều khiển).

Dung lượng thể hiện tổng lượng thông tin có thể được ghi và lưu trữ trên ổ cứng. Ngành công nghiệp sản xuất ổ cứng HDD đang phát triển nhanh chóng đến mức ngày nay các loại ổ cứng có dung lượng khoảng 2 TB trở lên đã được đưa vào sử dụng. Và, như người ta tin, đây không phải là giới hạn.

Giao diện là đặc điểm quan trọng nhất. Nó xác định chính xác cách thiết bị được kết nối với bo mạch chủ, bộ điều khiển nào được sử dụng, cách đọc và ghi được thực hiện, v.v. Các giao diện chính và phổ biến nhất là IDE, SATA và SCSI.

Đĩa có giao diện IDE không tốn kém nhưng nhược điểm chính bao gồm số lượng thiết bị được kết nối đồng thời hạn chế (tối đa bốn) và tốc độ truyền dữ liệu thấp (ngay cả khi chúng hỗ trợ truy cập bộ nhớ trực tiếp Ultra DMA hoặc giao thức Ultra ATA (Chế độ 2 và Chế độ 4) . Mặc dù người ta tin rằng việc sử dụng chúng cho phép bạn tăng tốc độ đọc/ghi lên mức 16 MB/s, nhưng trên thực tế, tốc độ này thấp hơn nhiều. Ngoài ra, để sử dụng chế độ UDMA, bạn cần cài đặt một công cụ đặc biệt về lý thuyết, trình điều khiển này phải được cung cấp đầy đủ cùng với bo mạch chủ.

Khi nói về nguyên lý hoạt động của ổ cứng và những đặc điểm của nó, chúng ta không thể bỏ qua đâu là phiên bản kế nhiệm của IDE ATA. Ưu điểm của công nghệ này là tốc độ đọc/ghi có thể tăng lên 100 MB/s thông qua việc sử dụng bus Fireware IEEE-1394 tốc độ cao.

Cuối cùng, giao diện SCSI, so với hai giao diện trước, là giao diện linh hoạt và nhanh nhất (tốc độ ghi/đọc đạt 160 MB/s trở lên). Nhưng những ổ cứng như vậy có giá gần như gấp đôi. Nhưng số lượng thiết bị lưu trữ thông tin được kết nối đồng thời dao động từ bảy đến mười lăm, có thể thực hiện kết nối mà không cần tắt máy tính và chiều dài cáp có thể khoảng 15-30 mét. Trên thực tế, loại HDD này chủ yếu không được sử dụng trong PC của người dùng mà trên máy chủ.

Hiệu suất, đặc trưng cho tốc độ truyền và thông lượng I/O, thường được biểu thị dưới dạng thời gian truyền và lượng dữ liệu tuần tự được truyền và biểu thị bằng MB/s.

Một số tùy chọn bổ sung

Nói về nguyên lý hoạt động của ổ cứng là gì và những thông số nào ảnh hưởng đến hoạt động của nó, chúng ta không thể bỏ qua một số đặc điểm bổ sung có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hay thậm chí là tuổi thọ của thiết bị.

Ở đây, vị trí đầu tiên là tốc độ quay, ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian tìm kiếm và khởi tạo (nhận dạng) của khu vực mong muốn. Đây được gọi là thời gian tìm kiếm tiềm ẩn - khoảng thời gian mà khu vực được yêu cầu quay về phía đầu đọc. Ngày nay, một số tiêu chuẩn đã được áp dụng cho tốc độ trục chính, được biểu thị bằng số vòng quay trên phút với thời gian trễ tính bằng mili giây:

  • 3600 - 8,33;
  • 4500 - 6,67;
  • 5400 - 5,56;
  • 7200 - 4,17.

Dễ dàng nhận thấy rằng tốc độ càng cao thì càng tốn ít thời gian tìm kiếm các cung, và về mặt vật lý, trên mỗi vòng quay của đĩa trước khi đặt đầu đọc đến điểm định vị đĩa mong muốn.

Một thông số khác là tốc độ truyền nội bộ. Trên các tuyến đường bên ngoài, tỷ lệ này là tối thiểu nhưng sẽ tăng lên khi chuyển dần sang các tuyến đường bên trong. Do đó, quá trình chống phân mảnh tương tự, di chuyển dữ liệu được sử dụng thường xuyên đến các khu vực nhanh nhất của đĩa, không gì khác hơn là di chuyển nó sang rãnh bên trong có tốc độ đọc cao hơn. Tốc độ bên ngoài có các giá trị cố định và phụ thuộc trực tiếp vào giao diện được sử dụng.

Cuối cùng, một trong những điểm quan trọng liên quan đến sự hiện diện của bộ nhớ đệm hoặc bộ đệm riêng của ổ cứng. Trên thực tế, nguyên lý hoạt động của ổ cứng về mặt sử dụng bộ đệm có phần giống với RAM hay bộ nhớ ảo. Bộ nhớ đệm càng lớn (128-256 KB) thì ổ cứng sẽ hoạt động càng nhanh.

Yêu cầu chính đối với ổ cứng

Trong hầu hết các trường hợp, không có quá nhiều yêu cầu cơ bản được áp dụng cho ổ cứng. Điều chính là tuổi thọ dài và độ tin cậy.

Tiêu chuẩn chính cho hầu hết các ổ cứng HDD là tuổi thọ khoảng 5-7 năm với thời gian hoạt động ít nhất là năm trăm nghìn giờ, nhưng đối với các ổ cứng cao cấp con số này ít nhất là một triệu giờ.

Về độ tin cậy, chức năng tự kiểm tra S.M.A.R.T. chịu trách nhiệm cho việc này, chức năng này theo dõi tình trạng của từng phần tử trong ổ cứng, thực hiện giám sát liên tục. Dựa trên dữ liệu được thu thập, thậm chí có thể hình thành một dự báo nhất định về khả năng xảy ra sự cố có thể xảy ra trong tương lai.

Không cần phải nói rằng người dùng không nên đứng ngoài cuộc. Vì vậy, chẳng hạn khi làm việc với ổ cứng HDD, điều cực kỳ quan trọng là phải duy trì chế độ nhiệt độ tối ưu (0 - 50 ± 10 độ C), tránh rung lắc, va đập, rơi ổ cứng, bụi hoặc các hạt nhỏ khác lọt vào. , v.v. Nhân tiện, nhiều người sẽ Thật thú vị khi biết rằng cùng một hạt khói thuốc lá có khoảng cách gần gấp đôi giữa đầu đọc và bề mặt từ tính của ổ cứng và tóc người - 5-10 lần.

Các vấn đề khởi tạo trong hệ thống khi thay thế ổ cứng

Bây giờ là một vài lời về những hành động cần thực hiện nếu vì lý do nào đó mà người dùng đã thay đổi ổ cứng hoặc cài đặt thêm ổ cứng.

Chúng tôi sẽ không mô tả đầy đủ quá trình này mà sẽ chỉ tập trung vào các giai đoạn chính. Trước tiên, bạn cần kết nối ổ cứng và xem trong cài đặt BIOS để xem phần cứng mới có được phát hiện hay không, khởi tạo nó trong phần quản trị đĩa và tạo bản ghi khởi động, tạo một ổ đĩa đơn giản, gán cho nó một mã định danh (chữ cái) và định dạng nó bằng cách chọn một hệ thống tập tin. Chỉ sau đó, “ốc vít” mới mới hoàn toàn sẵn sàng hoạt động.

Phần kết luận

Trên thực tế, đó là tất cả những gì liên quan ngắn gọn đến chức năng và đặc điểm cơ bản của ổ cứng hiện đại. Nguyên lý hoạt động của ổ cứng ngoài không được xem xét cơ bản ở đây, vì thực tế nó không khác gì những gì được sử dụng cho ổ cứng cố định. Sự khác biệt duy nhất là phương pháp kết nối ổ đĩa bổ sung với máy tính hoặc máy tính xách tay. Kết nối phổ biến nhất là thông qua giao diện USB, được kết nối trực tiếp với bo mạch chủ. Đồng thời, nếu muốn đảm bảo hiệu suất tối đa, tốt hơn hết bạn nên sử dụng chuẩn USB 3.0 (cổng bên trong có màu xanh lam), tất nhiên với điều kiện là ổ cứng gắn ngoài hỗ trợ nó.

Mặt khác, tôi nghĩ rằng nhiều người ít nhất đã hiểu một chút về cách thức hoạt động của bất kỳ loại ổ cứng nào. Có lẽ có quá nhiều chủ đề đã được đưa ra ở trên, đặc biệt là ngay cả từ một khóa học vật lý ở trường, tuy nhiên, nếu không có chủ đề này, sẽ không thể hiểu đầy đủ tất cả các nguyên tắc và phương pháp cơ bản vốn có trong công nghệ sản xuất và sử dụng ổ cứng HDD.

Chào hỏi những người bạn!

Hôm nay chúng ta sẽ nói về một thứ như ổ cứng. Hiếm có người dùng máy tính nào lại chưa từng nghe đến nó!

Ổ cứng hay còn gọi là HDD (Hard Disk Drive) là thiết bị dùng để lưu trữ thông tin.

HDD có tên tiếng lóng từ khẩu súng trường nổi tiếng mà người da trắng đã sử dụng để chinh phục nước Mỹ. Một trong những mẫu ổ cứng đầu tiên được chỉ định là "30/30", trùng khớp với cỡ nòng của loại súng này.

Dưới đây chúng ta sẽ nói về ổ cứng máy tính.

Ổ cứng máy tính hoạt động như thế nào?

Chúng ta sẽ xem xét cách tăng gấp ba lần ổ cứng (cơ điện) truyền thống được sử dụng trong máy tính cá nhân. Nó dựa trên một hoặc nhiều đĩa thông tin. Các mẫu ổ cứng đầu tiên sử dụng đĩa nhôm.

Nhưng những mẫu đầu tiên đó có kích thước lớn và công suất nhỏ.

Ổ đĩa mềm và ổ cứng

Những "ốc vít" đó (một thuật ngữ tiếng lóng khác) có kích thước và dung lượng vật lý xấp xỉ kích thước của ổ đĩa mềm 5,25 inch. Vào buổi bình minh của ngành công nghiệp máy tính, dữ liệu được lưu trữ trên đĩa mềm (5,25 và 3,5 inch).

Ổ đĩa để đọc và ghi các đĩa như vậy được gọi là FDD (Ổ đĩa mềm).

Những chiếc đĩa này được làm từ một miếng nhựa tròn có phủ sắt từ ở cả hai mặt. Chúng mỏng và linh hoạt, đó là lý do tại sao ổ đĩa này có tên như vậy. Để bảo vệ chúng khỏi những tác động từ bên ngoài, những chiếc đĩa này được đặt trong một hộp nhựa hình vuông.

Đĩa trong ổ cứng HDD có cấu trúc tương tự, nhưng chúng dày hơn và không bị cong, điều này được phản ánh qua tên gọi. Một lớp oxit kim loại sắt từ mỏng được áp dụng cho đĩa như vậy bằng máy ly tâm. Dữ liệu được ghi và đọc bằng đầu từ.

Khi ghi, một tín hiệu thông tin được gửi đến đầu từ, làm thay đổi hướng của các miền (hạt sắt từ) trong lớp sắt từ.

Khi đọc, các vùng từ hóa sẽ tạo ra dòng điện trong đầu, sau đó dòng điện này được xử lý bởi mạch điều khiển (bộ điều khiển). Yêu cầu về tốc độ và khối lượng dữ liệu không ngừng tăng lên. Những bộ óc giỏi nhất trên thế giới đã được gửi đến khu vực này. Và ổ cứng, giống như phần cứng còn lại của máy tính, liên tục được cải tiến.

Đĩa bắt đầu được làm từ thủy tinh và gốm thủy tinh. Điều này giúp giảm trọng lượng, độ dày và tăng tốc độ quay của chúng.

Tốc độ quay của đĩa tăng từ 3600 vòng/phút lên 5400, 7200, rồi lên 10.000 và thậm chí 15.000 vòng/phút!Để so sánh, giả sử tốc độ quay đĩa trong FDD là 360 vòng/phút.

Tốc độ quay càng cao thì dữ liệu được đọc càng nhanh.

Lớp sắt từ

Một lớp sắt từ có thể được áp dụng lên bề mặt đĩa theo hai cách - lắng đọng điện và lắng đọng chân không. Trong trường hợp đầu tiên, đĩa được ngâm trong dung dịch muối kim loại và một màng kim loại mỏng (coban) được lắng đọng trên đó.

Trong lắng đọng chân không, đĩa được đặt trong buồng kín, không khí được bơm ra khỏi đĩa và các hạt kim loại được lắng đọng bằng cách phóng điện.

Một lớp phủ carbon bảo vệ được phủ lên trên lớp từ tính. Nó bảo vệ lớp từ tính mỏng khỏi bị phá hủy (và mất thông tin) trong trường hợp có thể tiếp xúc với đầu.

Một ổ cứng có thể có một hoặc nhiều đĩa vật lý. Trong trường hợp sau, các đĩa được lắp ráp thành một cấu trúc duy nhất và quay đồng bộ. Mỗi đĩa có hai mặt được phủ một lớp sắt từ, dữ liệu được đọc bởi hai đầu khác nhau (nằm trên và dưới).

Các đầu cũng được lắp ráp thành một cấu trúc duy nhất và di chuyển đồng bộ.

Cơ cấu di chuyển các đầu bao gồm một cuộn dây và một nam châm vĩnh cửu cố định. Khi dòng điện chạy vào cuộn dây, một từ trường được tạo ra trong nó, tương tác với nam châm. Lực sinh ra sẽ di chuyển cuộn dây cùng với toàn bộ bộ phận chuyển động của cơ cấu (và cả các đầu nữa).

Cơ cấu chứa một lò xo, khi không có điện sẽ di chuyển các đầu về vị trí ban đầu (Khu vực đậu xe).Điều này bảo vệ đầu và đĩa khỏi bị hư hại.

Lưu ý rằng nam châm neodymium nhỏ tạo ra từ trường không đổi rất mạnh!

Trong điều kiện hoạt động, các đĩa quay với tốc độ không đổi, các đầu từ “lơ lửng” phía trên đĩa. Trong quá trình quay, một dòng khí động học xảy ra, nâng đầu lên. Khi công nghệ được cải tiến, khoảng cách giữa đầu và đĩa giảm dần.

Đến nay, nó đã được nâng lên vài chục nanomet!

Giảm khoảng cách cho phép bạn tăng mật độ ghi thông tin. Bằng cách này, nhiều thông tin hơn có thể được nén vào cùng một khoảng không gian.

Đầu đọc và ghi

Sử dụng ổ cứng hiện đại đầu từ điện trở.

Tinh thể từ điện trở có thể thay đổi điện trở tùy thuộc vào độ lớn và hướng của từ trường. Khi đầu từ đi qua các khu vực có từ hóa khác nhau, điện trở của nó sẽ thay đổi và được mạch điều khiển phát hiện.

Trên thực tế, đầu ổ cứng có hai đầu - đọc và ghi. Đầu ghi hoạt động theo nguyên tắc tương tự như đầu trong các máy ghi băng cũ sử dụng băng từ.

Nó chứa một lõi mở, trong khoảng trống đó tạo ra từ trường, làm thay đổi hướng của các miền từ trên bề mặt đĩa. Phần “cuộn dây” của đầu được in bằng phương pháp quang khắc.

Trục chính và HDA

Động cơ truyền động chính (trục chính), làm quay đĩa, chứa ổ trục thủy động. Nó khác với ổ bi ở chỗ nó có độ đảo hướng tâm ít hơn nhiều.

Trong các ổ cứng hiện đại, mật độ ghi thông tin rất cao, các track nằm rất gần nhau.

Dòng chảy xuyên tâm lớn sẽ không cho phép tăng mật độ ghi hoặc (khi khoảng cách giữa các rãnh giảm) đầu từ sẽ “nhảy” dọc theo các rãnh liền kề trong một vòng quay. Ổ trục thủy động chứa một lớp chất bôi trơn mỏng giữa các bộ phận chuyển động và cố định.

Tóm lại, chúng ta nói rằng trục chính, đĩa, đầu có bộ truyền động được đặt trong một ngăn riêng. Những mẫu ổ cứng đầu tiên có ngăn rò rỉ được trang bị bộ lọc với các ô rất nhỏ để cân bằng áp suất.

Sau đó, các ngăn kín xuất hiện, có một lỗ được đóng lại bằng màng dẻo. Màng có thể uốn cong theo cả hai hướng, bù đắp cho sự chênh lệch áp suất không khí bên trong và bên ngoài khoang bằng các đầu.

Trong phần tiếp theo của bài viết, chúng ta sẽ tiếp tục làm quen với cách thiết kế và hoạt động của ổ cứng.

Victor Geronda đã ở bên bạn. Hẹn gặp bạn trên blog!