Главная / Статьи

Устройство и конструктивные особенности винчестера

В общем виде, абсолютно каждый жёсткий диск состоит из следующих компонентов:

— пластины с тонким магнитным напылением для хранения цифровой информации,

— магнитные головки, собранные в блок,

— механика позиционирования магнитных головок,

— электронная плата контроллера, обеспечивающего управление,

— корпус винчестера.

Пластины, или по-другому — «блины», имеют зеркальную поверхность и крепятся на шпинделе, осуществляющем вращение конструкции. Головки парные — одна считывает, другая пишет. Устройство позиционирования отвечает за точность положения магнитных головок относительно пластин с информацией. Управляет всем этим электроника, через неё же осуществляется транспорт данных от пластин к материнской плате и обратно. Корпус выполняет каркасную и защитную функции.

 

Механика происходящего

 

Пластины изготавливаются из металла или керамики. Поверхность с обеих сторон покрыта специальным составом, имеющим магнитные свойства, — именно он обеспечивает возможность записи массива данных. Пластины отполированы до такого состояния, что внешне напоминают зеркало.

Каждый слой покрытия имеет разный состав, который является коммерческой тайной производителя. Над зеркальными поверхностями «парят» магнитные головки, их парность обусловлена стремлением повысить производительность: одна специализируется на чтении, другая — на записи.

Современные технологии работы с винчестерами предусматривают «нарезку» дорожек, или треков, на поверхности пластин, которая происходит в процессе форматирования диска. Концентрические структуры вроде борозд граммофонных пластинок, только в случае винчестера они разделены ещё в радиальном направлении на кластеры, или секторы.

В каждом кластере, кроме полезной информации — той, которую записал туда пользователь, — содержится ещё и служебная. Служебная информация содержит сведения об индивидуальном адресе сектора внутри всего диска и некоторые другие данные. Служебные данные записываются на кластер единожды — при изготовлении, на заводе, и больше никогда не меняются. Именно этот адрес и фигурирует при обращении к нужной информации.

Образно выражаясь, можно сказать, что у дома (кластер) в городе (пластина) всегда будет один адрес (служебная информация), а вот жильцы могут быть разные (полезная пользовательская информация).

Объём сектора ограничен и в сравнении с размерами современных мультимедиа-файлов может показаться ничтожно малым. Всё очень просто — каким бы большим не был, к примеру, фильм, он будет раздроблен на составляющие таких размеров, чтобы каждая могла поместиться в отдельный кластер. Иными словами — пользовательская информация хранится на винчестере в виде фрагментов.

Принятый жёстким диском размер кластера — это элементарная для него единица информации, соответственно, при перезаписи файла обновляться будет весь фрагмент, даже если новая версия может «уместиться» в ячейку со старой.

 

Следующий уровень

 

Для описания устройства винчестера с несколькими магнитными пластинами нужно будет прибегнуть к понятию «цилиндр».

Представьте себе стопку блинов. А теперь водрузите на них сверху перевёрнутый вверх дном стакан или кастрюлю, после чего надавите. Линия кругового разреза и будет образовывать собой цилиндр. Изменение положения блока магнитных головок происходит очень быстро, но не мгновенно же! Поэтому хотелось бы, чтобы фрагменты одного файла находились на кластерах, лежащих в одном цилиндре.

Таким образом, уникальность адреса нужного кластера обеспечивается тремя составляющими:

— номер кластера (все треки имеют одинаковое количество секторов, вне зависимости от длины дорожки, то есть от близости к центру пластины),

— номер цилиндра,

— номер головки, которая будет осуществлять запись или чтение.

Очевидно, что данная система адресации имеет явный изъян: плотность кластеров на внутренних треках намного больше, нежели загруженность дорожек, лежащих ближе к краям пластин, — разница примерно в три раза.

Несправедливость была устранена в следующей, более совершенной, версии модели разметки, где количество кластеров увеличивается по мере возрастания диаметра цилиндра. Зонная форма записи позволяет увеличить полезную ёмкость дискового пространства почти вдвое при сохранении тех же габаритов оборудования.

 

Игры в информационный покер

 

Разумеется, не обошлось и без эксцессов: новая система разметки не подходила под некоторые старые интерфейсы передачи данных.

Хитрая конвертация данных и адресов оказалась не по зубам ESDI и некоторым другим ретроградам, в результате чего BIOS отказывался распознавать диски с такой разметкой, не всегда правильно интерпретировал данные о новомодных винчестерах. А вот IDE и SCSI вполне успешно «прожёвывали» новые «блины», за счёт чего и по сей день остаются в строю.

Конвертация данных в некотором смысле напоминает подмену одних данных другими. Например, BIOS считает, что секторов на треке всего 63, а на самом деле их намного больше. И интерфейс, как матёрый жулик, подсовывает данные, которые тот так хочет видеть.

То же касается номеров головок и других параметров. Если заглянуть в «диалог» контроллера и материнской платы, можно поразиться числу магнитных головок — 255. А на самом деле их всего 6 или меньше. Невольно вспоминаются старые истории с приписками в документах…

Особенности зонной разметки обеспечивают слабое различие в скоростях информационных потоков с треков, расположенных на разном удалении от центра пластины. Большее влияние тут оказывает номер цилиндра.

Заказать бесплатную доставку

Скидка 10% при отправке заявки через сайт