Накопители на жёстких дисках (нжмд/hdd)

Всё устройство жёсткого диска можно разделить на 2 блока: гермоблок (HDA), плата управления (PCB).

Платы управления представляют собой зелёный текстолит с медными дорожками, на котором устанавливаются практически все электрические компоненты жёсткого диска, а также разъём питания и интерфейсный разъём SATA. В старых HDD использовался другой разъём (ATA/IDE), а также там устанавливались дополнительные разъёмы для перемычек. Перемычка на таких HDD могла устанавливаться в трёх положениях (питание перемычка(CS(CabelSelected) SlaveMaster) интерфейсный кабель). Перемычки нужны были контроллеру жёстких дисков для работы с несколькими IDE устройствами. На Master обычно выставлялся HDD, с которого загружалась ОС. Остальные жёсткие диски(HDD) обычно были ведомыми (а так же др. устройства). Обычно к материнской плате можно было подключить 4 IDE устройствами.

Чёрный алюминиевый корпуси его содержимое называются гермоблоком.

Устройство платы управления

Наиболее заметным элементом платы управления является большой чип, расположенный по середине - микроконтроллер или микропроцессор HDD (MCU). На современных жёстких дисках микроконтроллер состоит из двух частей – ЦП (CPU), который производит все вычисления, и канала чтения/записи. Особого устройства, преобразующего поступающий с головок аналоговый сигнал в цифровые данные во время операции чтения и кодирующий цифровые данные в аналоговый сигнал при записи. Процессор имеет порты ввода/вывода для управления основными компонентами, расположенными на печатной плате и передачи данных через SATA-интерфейс.

На печатной плате также присутствует чип памяти (memorychip), который представляет собой обычную память типа DDRSDRAM. Объём памяти определяет размер кэша жёсткого диска. На современных жёстких дисках её размер обычно составляет несколько десятков мегабайтов. Обычно вся её область разделяется на два раздела: буферную память (кэш), память прошивки. Последней пользуется ЦП.

Следующий чип – контроллер управления двигателем и блоком головок (VCMcontroller). Кроме того этот чип управляет вторичным источником питания, расположенным на плате от которых питается процессор и микросхема предусилителя – (коммутатора) расположенная в гермоблоке. Это главный потребитель энергии на печатной плате. Он управляет вращением шпинделя и движение головок. Ядро VCM контроллера может работать даже при температуре в 100 градусов Цельсия.

Часть прошивки HDD (микрокоманды) хранится во флэш-памяти (flash). При подаче питания на диск, микроконтроллер загружает содержимое флэш чипа в память (раздел памяти прошивки) и приступает к исполнению кода. Без корректно загруженного кода, диски даже не начнут раскручиваться. В случае если на плате микросхема флэш-памяти отсутствует, то это означает, что она встроена в микроконтроллер.

Датчики вибрации (shocksensor) реагируют на опасную для диска тряску и посылают сигнал об этом на VCM-контроллер. Контроллер немедленно паркует головки и может остановить вращение диска. Полученные из датчика данные позволяют VCM-контроллеру корректировать движение головок. Обычно на HDD устанавливается несколько датчиков вибрации.

На плате имеется ещё одно защитное устройство – ограничитель переходного напряжения (TVSdiodes). Он защищает плату от скачков напряжения. При большом скачке TVS перегорает, создавая короткое замыкание на землю. На плате обычно устанавливаются два TVS, работающие с 5 и 12 вольтами соответсвенно.

Вторым основным блоком HDD является гермоблок. Если открутить плату управления, то под ней можно обнаружить контакты мотора и головок (Motorscontacts, Headscontacts). Кроме того на корпусе диска имеется маленькое почти незаметное отверстие (Breathhole), оно служит для выравнивания давления внутри и снаружи гермоблока. С внутренней стороны это отверстие закрыто фильтром, который задерживает частицы пыли и влаги. Крышка гермоблока закреплена c помощью шестигранных винтов.

Вся информация в HDD хранится на специальных дисках называемых блинами или пластинами (platters). Пластины изготавливаются из полированного алюминия или из армированного стекла и покрывается несколькими слоями разными веществами, в том числе ферромагнитным веществом, на котором и хранятся данные.

Между блинами, а также надверхним из них располагаются пластины называемые разделителями или сепараторами (dampersseparators). Они нужны для выравнивания потоков воздуха и снижения акустических шумов. Как правило их изготавливают из алюминия или из пластика.

Головки чтения\записи (Heads), устанавливаются на концах кронштейнов блока магнитных головок (HSA – HeadStockAssembly). Парковочная зона – область, в которой должны находится головки исправногоHDD, если шпиндель остановлен, часто это зона ближе к центру. На некоторых накопителях парковочная зона производится на специальных пластиковых площадках.

HDD – механизм точного позиционирования, и для его нормальной работы требуется чистый воздух. В процессе использования внутри HDD могут образовываться микроскопические частицы различных веществ. Для немедленной очистки воздуха имеется циркуляционный фильтр.

Это высокотехнологичное устройство, которое постоянно собирает и задерживает мельчайшие частицы. Фильтр находится на пути следования потоков воздуха создаваемых вращением блинов.

В HDD используются очень мощные неодимовые магниты. Их задача ограничить движение головок оставляя их на поверхности блинов. Обычно на HDD располагается 2 таких магнита.

Рассматривая коромысло, на котором устанавливаются головки чтения\записи, в глаза бросается катушка (Voicecoil), которая является частью блока магнитных головок. Катушка и магниты образуют привод блока магнитных головок (VCM – VoiceCoilmotor). Привод и блок магнитных головок образует позиционер (actuator) – устройство, которое перемещает головки. Черная пластиковая деталь внутри катушки называется фиксатором (actuatorlatch). Это защитный механизм, освобождающий блок магнитных головок после того, как шпиндельный двигатель наберёт определённое число оборотов. Фиксатор защищает головки от нежелательного движения в парковочном положении.

Точность и плавность движения блока магнитных головок поддерживается прецизионным подшипником(Bearing). Самая крупная деталь блока магнитных головок, изготовленная из алюминиевого сплава, обычно называется кронштейном или коромыслом. На конце коромысла находятся головки на пружинной подвеске (HGA). Обычно сами головки и коромысло имеют почти одинаковую структуру в любых HDD. От коромысла идёт гибкий шлейф (FPC) к контактной площадке, стыкующийся с платой управления. Сам контакт имеет резиновую герметичную прокладку для более плотного соединения. Таким образом, воздух может попасть внутрь блока с дисками и головками только через отверстие для выравнивания давления.

Саму область, где располагаются головки чтения\записи можно представить в виде следующего: на концах коромысла располагаются специальные крепления на пружинах; на концах этих креплений находятся маленькие черные детали называемые слайдерами(Sliders). Эти детали помогают считывать и писать информацию, поднимая головку над поверхностью блинов(5-10 нм). Поэтому если под слайдер попадает какая-нибудь частица, это может привести к перегреву головок из-за трения и впоследствии выхода их из строя. Сами считывающие и записывающие элементы находятся на конце слайдера.

Все сигналы с головок чтения\записи через проводники поступают на устройство называемое предусилителем (preamp). Он представляет собой специальный чип, управляющий головками и усиливающий поступающий к ним или от них сигнал.

От предусилителя к головкам идёт несколько дорожек( в конкретном примере 6). Одна дорожка земля, следующие 2 для элементов чтения и записи. Две дорожки используются для управления миниприводами, особыми устройствами способными двигать или поворачивать слайдер(для задания положения дорожек над дорожкой). Последний контакт ведёт к нагревателю(служит для регулирования высоты полёта головок).

Блины в жёстком диске закреплены со шпинделем с помощью специального прижимного кольца(plattersclamp). Это кольцо удерживает блок пластин вместе, не давая, им двигаться друг относительно друга. Пространство между блинами формируется за счёт специальных разделительных колец(Spacerring). Само кольцо представляет собой высокоточную деталь, изготовленную из немагнитного сплава или полимера.