Основні компоненти накопичувачів на жорстких дисках

Існує багато різних типів накопичувачів на жорстких дисках, але практично всі вони складаються з тих самих основних вузлів. Конструкції цих вузлів, а також якість використовуваних матеріалів можуть бути різними, але основні їхні робочі характеристики й принципи функціонування однакові. До основних елементів конструкції типового накопичувача на жорсткому диску (мал. 10.6) відносяться наступні:

• диски;

• голівки читання/запису;

• механізм приводу голівок;

• двигун приводу дисків;

• друкована плата зі схемами керування;

• кабелі й рознімання;

• елементи конфігурації (перемички й перемикачі).

Д иски, двигун приводу дисків, голівки й механізм приводу голівок звичайно розміщаються в герметичному корпусі, що називається HDA (Head Dіsk Assembly - блок голівок і дисків). Звичайно цей блок розглядається як єдиний вузол; його майже ніколи не розкривають. Інші вузли, що не входять у блок HDA (друкована плата, лицьова панель, елементи конфігурації й монтажних деталей) є знімними.

Диски

Звичайно в накопичувачі втримується один або кілька магнітних дисків. За минулі роки встановлений ряд стандартних розмірів накопичувачів, які визначаються в основному розмірами дисків, а саме:

• 5,25 дюйма (насправді - 130 мм, або 5,12 дюйма);

• 3,5 дюйми (насправді - 95 мм, або 3,74 дюйми);

• 2,5 дюйми (насправді - 65 мм, або 2,56 дюйми);

• 1 дюйм (насправді - 34 мм, або 1,33 дюйма).

Існують також накопичувачі з дисками більших розмірів, наприклад 8 дюймів, 14 дюймів і навіть більше, але, як правило, ці пристрої в персональних комп'ютерах не використовуються. Зараз у настільній і деякій портативній моделях найчастіше встановлюються накопичувачі формату 3,5 дюйми, а малогабаритні пристрої (формату 2,5 дюйми й менше) - у портативних системах.

В 1998 році компанія ІBM представила накопичувач, що одержав назву Mіcro-Drіve, кожен жорсткий диск якого в наш час може містити до 1 Гбайт даних при розмірах, що становлять приблизно чверть діаметра стандартного диска! Ці накопичувачі існують у фізичному й електричному форматі плати Compact Flash (CF) Type ІІ, тобто можуть використовуватися практично в будь-якому пристрої, що підтримує CF-плати. До подібних до пристроїв відносяться цифрові камери, персональні "кишенькові" комп'ютери PDA, Мр3-проигравачі й інші пристрої, що використовують модулі пам'яті Compact Flash.

Через кілька років ряд компаній, зокрема HP, Calluna й Toshіba, почали розробку 1,8-дюймових накопичувачів. У наш час тільки Toshіba продовжує робити накопичувачі цього формату. В 2000 році фахівці компанії Toshіba представили 1,8-дюймовий накопичувач, створений у фізичному форматі PC Card Type ІІ. Ці накопичувачі, ємність яких досягає 5 Гбайт і більше, можуть використовуватися в портативних комп'ютерах, а також у будь-якому іншому пристрої, що дозволяє встановити стандартну плату PC Card.

У більшості накопичувачів установлюється мінімум два диски, хоча в деяких малих моделях буває й по одному. Кількість дисків обмежується фізичними розмірами накопичувача, а саме висотою його корпуса. Найбільша кількість дисків у накопичувачах формату 3,5 дюйми, дорівнює 11.

Раніше майже всі диски вироблялися з алюмінієвого сплаву, досить міцного й легкого. Але згодом виникла потреба в накопичувачах, що сполучають малі розміри й більшу ємність. Тому як основний матеріал для дисків стало використовуватися скло, а точніше, композитний матеріал на основі скла й кераміки. Один з таких матеріалів називається Метсоr і виробляється компанією Dow Cornіng. Він значно міцніший, чим кожний з його компонентів окремо. Скляні диски відрізняються більшою міцністю й твердістю, тому їх можна зробити у два рази тонше алюмінієвих (а іноді ще тонше). Крім того, вони менш сприйнятливі до перепадів температур, тобто їхні розміри при нагріванні й охолодженні змінюються досить незначно. У наш час у деяких накопичувачах, що випускають такими компаніями, як ІBM, Seagate, Toshіba, Areal Technology, Western Dіgіtal й Maxtor, уже використовуються скляні або склокерамічні диски. А в найближчі роки більшість виробників перейдуть на випуск скляних дисків, які замінять стандартні алюмінієві.

Робочий шар диска

Незалежно від того, який матеріал використовується як основа диска, він покривається тонким шаром речовини, здатною зберігати залишкову намагніченість після впливу зовнішнього магнітного поля. Цей шар називається робочим або магнітним, і саме в ньому зберігається записана інформація. Найпоширенішими є наступні типи робочого шару:

• оксидний;

• тонкоплівочний;

• подвійний антиферомагнітний (antіferromagnetіcally coupled - AFC).

Оксидний шар

Оксидний шар являє собою полімерне покриття з наповнювачем з окису заліза. Наносять його в такий спосіб. Спочатку на поверхню швидко обертового алюмінієвого диска розприскується суспензія порошку оксиду заліза в розчині полімеру. За рахунок дії відцентрових сил вона рівномірно розтікається по поверхні диска від його центра до зовнішнього краю. Після полімеризації розчину поверхня шліфується. Потім на неї наноситься ще один шар чистого полімеру, що характеризується достатньою міцністю й низьким коефіцієнтом тертя, і диск остаточно полірується. Якщо вам удасться заглянути усередину накопичувача з такими дисками, то ви побачите, що вони мають коричневий або жовтий кольори.

Чим вище ємність накопичувача, тим більш тонким і гладким повинен бути робочий шар дисків. Але домогтися якості покриття, необхідної для накопичувачів великої ємності, у рамках традиційної технології виявилося неможливим. Оскільки оксидний шар досить м'який, він кришиться при "зіткненнях" з голівками (наприклад, при випадкових струсах накопичувача). Диски з таким робочим шаром використовувалися з 1955 року, і протрималися вони так довго завдяки простоті технології й низької вартості. Однак у сучасних моделях накопичувачів вони повністю поступилися місцем тонкоплівочним дискам.

Тонкоплівочний шар

Тонкоплівочний робочий шар має меншу товщину, він міцніший, і якість його покриття набагато вище. Ця технологія лягла в основу виробництва накопичувачів нового покоління, у яких вдалося істотно зменшити величину зазору між голівками й поверхнями дисків, що дозволило підвищити щільність запису. Спочатку тонкоплівочні диски використовувалися тільки у високоякісних накопичувачах великої ємності, але зараз вони застосовуються практично у всіх накопичувачах.

Термін тонкоплівочний робочий шар дуже вдалий, тому що це покриття набагато тонше, ніж оксидне. Тонкоплівочний робочий шар називають також гальванізованим або напиленим, оскільки наносити тонку плівку на поверхню дисків можна по-різному.

Тонкоплівочний гальванізований робочий шар одержують шляхом електролізу. Це відбувається майже так само, як при хромуванні бампера автомобіля. Алюмінієву підкладку диска послідовно занурюють у ванни з різними розчинами, у результаті чого вона покривається декількома шарами металевої плівки. Робочим шаром служить шар зі сплаву кобальту товщиною всього близько 1 мікродюйма (приблизно 0,025 мкм).

Метод напилювання робочого шару запозичений з напівпровідникової технології. Суть його зводиться до того, що в спеціальних вакуумних камерах речовини й сплави спочатку переводяться в газоподібний стан, а потім осаджуються на підкладку. На алюмінієвий диск спочатку наноситься шар фосфориту нікелю, а потім магнітний кобальтовий сплав. Його товщина при цьому виявляється рівною всього 1-2 мікродюйма (0,025-0,05 мкм). Аналогічно поверх магнітного шару на диск наноситься дуже тонке (порядку 0,025 мкм) вуглецеве захисне покриття, що володіє винятковою міцністю. Це самий дорогий процес із всіх описаних вище, тому що для його проведення необхідні умови, наближені до повного вакууму.

Як ми вже відзначали, товщина магнітного шару, отриманого методом напилювання, становить близько 0,025 мкм. Його винятково гладка поверхня дозволяє зробити зазор між голівками й поверхнями дисків набагато меншим, чим це було можливо раніше (0,076 мкм). Чим ближче до поверхні робочого шару розташовується голівка, тим вище щільність розташування зон зміни знака на доріжці запису й, отже, щільність диска. Крім того, при збільшенні напруженості магнітного поля в міру наближення голівки до магнітного шару збільшується амплітуда сигналу; у результаті співвідношення "шум" стає більше сприятливим.

І при гальванічному осадженні, і при напилюванні робочий шар виходить дуже тонким і міцним. Тому ймовірність "виживання" голівок і дисків у випадку їхнього контакту один з одним на великій швидкості істотно підвищується. І дійсно, сучасні накопичувачі з дисками, що мають тонкоплівочні робочі шари, практично не виходять із ладу при вібраціях і струсах. Оксидні покриття щодо цього набагато менш надійні. Якби ви змогли заглянути усередину корпуса накопичувача, то побачили б, що тонкоплівочні покриття дисків нагадують сріблисту поверхню дзеркал.