Базовая конструкция жесткого диска
На шпинделе, который вращается с постоянной высокой скоростью, смонтированы один или несколько металлических дисков, с обеих сторон покрытых очень тонким слоем намагничивающегося материала. Для каждой поверхности (сверху и снизу каждого диска) имеется головка считывания записи. Головки оформлены в блок головок, который может перемещаться к шпинделю или к краю дисков.
Диски и головки. Совсем недавно некоторые фирмы стали применять в накопителях на жестких дисках стеклянные диски, которые обладают большей жесткостью и могут быть более плоскими. Повышенная жесткость особенно важна в некоторых новых накопителях, скорость вращения которых больше обычных 3600 обор./мин. Пока накопителей со стеклянными дисками мало, но в недалеком будущем они получат широкое распространение.
Когда диск не вращается (накопитель выключен), слабая пружина прижимает головку к поверхности диска. При вращении диска головки поднимаются ветром, который создает вращающийся диск. Слой воздуха под головкой оказывается достаточно сильным, чтобы поднять головку с поверхности, хотя и на очень малую высоту.
В первых накопителях высота полета головок над поверхностью составляла несколько микронов. В современных накопителях это расстояние уменьшено до 0,1-0,5 микронов, что в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса.
Поток воздуха одновременно поднимает головку над поверхностью и удерживает ее на малом расстоянии. Следовательно, поток воздуха управляет полетом головки, заставляя ее следить за поверхностью диска.
Головка должна летать над поверхностью, а не касаться ее; это предотвращает износ головки из-за трения и, что важнее, предотвращает износ покрытия головкой. Но головка не должна удаляться от поверхности диска, так как иначе она не сможет намагнитить носитель или считать имеющуюся намагниченность.
Дорожки и цилиндры. При вращении диска и нахождении блока головок в некоторой позиции каждая головка образует на поверхности диска окружность, или кольцо. Такие кольца называются дорожками. Информация записывается на дорожки пакетами, которые называются секторами.
Данные в одном секторе считываются и записываются как единое целое.
Если бы можно было рассмотреть дорожки, они оказались бы похожими на .бороздку граммофонной пластинки. Сходство есть, но есть и различия. Важнейшее отличие состоит в том, что дорожки на диске круговые и отдельные. Пластинка же обычно имеет только одну бороздку, которая спирально тянется от края к центру. При проигрывании пластинки Игла непрерывно движется от края к центру. При считывании или записи данных на жестком диске головки неподвижны. Они перемещаются только при необходимости перейти на другую дорожку, а затем останавливаются.
Блок головок перемещает так называемый привод. В накопителях применяются два типа приводов: привод с шаговым двигателем, который управляет ведущей шестерней и рейкой, и привод со звуковой катушкой. Первый позиционер базируется на счислении пути, а во втором для правильного позиционирования головок применяется отрицательная обратная связь. В любой конкретной позиции блока головок каждая головка образует на поверхности вращающегося диска дорожку. Головки формируют дорожки, когда осуществляется форматирование диска низкого уровня.
Дорожки представляют собой концентрические окружности, которые нумеруются с нуля от внешнего края диска.
Важность введения понятия цилиндра объясняется очень просто: дорожки цилиндра проходят под соответствующими головками одновременно. Это означает, что компьютер может считывать или записывать данные на любой дорожке текущего цилиндра, просто выбирая электронным коммутатором нужную головку. Такие коммутаторы действуют очень быстро, намного быстрее физического перемещения головок на соседний цилиндр.
Число дорожек в цилиндре равно числу головок или удвоенному числу дисков Головки нумеруются с нуля, начиная с верхней поверхности верхнего диска (В вычислительной технике счет обычно ведется с нуля.)
Число цилиндров (или дорожек на диске) в накопителе зависит от ширины дорожки (а она зависит от размера головки) и размера шага привода блока головок. Напомним, что конструкция на рис. 2.3 сильно увеличена; в типичных накопителях число цилиндров составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч.