Производители

Изначально на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся множеством компаний. В связи с ужесточением конкуренции и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции. На сегодняшний день бо́льшая часть всех винчестеров производится всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году (в 2009 году производство жёстких дисков было полностью передано компании Toshiba). Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Достаточно яркий след в истории жёстких дисков оставила компания Quantum. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2001 году Maxtor выкупила подразделение жёстких дисков компании Quantum. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner, которую купила Seagate. В первой половине 1990-х существовала фирма Micropolis, производившая очень дорогие диски premium-класса. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники главного вала, поставляемые фирмой Nidec, и Micropolis понесла фатальные убытки на возвратах, разорилась и была на корню куплена вышеупомянутой Seagate.

Устройство

Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках.

Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.

Гермозона

Разобранный жёсткий диск Samsung HD753LJ (модель ёмкостью 750 ГБ, произведенный в марте 2008 года)

Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок — пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство бюджетных устройств содержит 1 или 2 пластины, но существуют модели с бо́льшим числом пластин.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (3600, 4200, 5000, 5400, 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин. Шпиндельный двигатель жёсткого диска трехфазный, что обеспечивает стабильность вращения магнитных дисков, смонтированных на оси (шпинделе) двигателя. Статор двигателя содержит три обмотки, включенные звездой с отводом посередине, а ротор — постоянный секционный магнит. Для обеспечения малого биения на высоких оборотах в двигателе используются гидродинамические подшипники.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов, а также катушки на подвижном блоке головок. Вопреки расхожему мнению, в подавляющем большинстве устройств внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления (например, в самолёте) и температуры, а также при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

Головки чтения и записи жёстких дисков

На каждую поверхность каждого диска приходится своя головка. В тот момент, когда комп выключен, головки лежат на внешнем крае дисков, в той области, где нет никакой информации. С включением компа, головки поднимаются. Среднее рабочее расстояние от поверхности диска до головки в среднем примерно 0,1 мкм. Согласитесь, расстояние мизерное. Если учесть тот факт, что рабочее покрытие дисков очень хрупкое (сам пробовал царапать отверткой), а скорость вращения очень высокая (7200 об/мин и выше), то становятся понятны высокие требования фирм-производителей к аккуратности в пользовании жесткими дисками. Наиболее уязвим винт во время работы, хотя скажу Вам, что я видел комп с вмятиной на корпусе от удара ногой во время работы. И ничего, винт выдержал! Но это так, из жизни. А вообще-то, в жестких дисках применяется множество систем и приемов, для продления срока службы. Вот хотя бы такая фича: головки во время работы не касаются дисков, но между ними возникает воздушная подушка, если головка надолго зависает над одной дорожкой в ожидании следующей команды, то через определенное время, автоматически, головки будут передвинуты на произвольно выбранную, но уже другую дорожку. Это делается во избежание износа поверхности диска из-за трения о воздух. Существует несколько типов головок:

1.Электромагнитные.

2. Ферритовые.

3. С металлом в зазоре.

4. Тонкопленочные.

5. Магниторезистивные.

Обо всех типах я постараюсь более менее подробно рассказать.

Электромагнитные Этот тип головок применялся в первых жестких дисках. Головки представляли собой сердечники с обмоткой. С повышением требований к плотности записи такие головки утратили актуальность, да и размеры их оставляли желать лучшего. Но, не смотря ни на что, электромагнитные головки продержались довольно долго. Больше я на них задерживаться не буду

Ферритовые Этот тип головок изготавливался из прессованного феррита, изготовленного на основе окиси железа. Затем появились стеклоферритовые головки, которые еще назывались композитными. Разница заключалось в том, что ферритовый сердечник заключался в керамический корпус. Сия конструкция позволяла увеличить плотность размещения дорожек (ширина то ферритового сердечника уменьшилась). Упрощенный принцип работы таков: при протекании тока через обмотку, в зазоре появлялось магнитное поле. При изменении напряженности поля вблизи зазора в обмотке наводится электродвижущая сила. Впервые ферритовые головки применила фирма IBM в 1966 году. В принципе и все.

С металлом в зазоре (MIG)

Смешное название, мне напоминает что-то типа «с гвоздем в голове» (MIG – Metal-In-Gap, что дословно – метал в зазоре). Но сие название появилось не спроста и идет оно от конструктивных особенностей. Этот тип был разработан на основе композитных головок. Разница в том, что в нерабочий, обратный поверхности диска зазор заполнен металлом, что снижает склонность материала сердечника к магнитному насыщению. В свою очередь, это позволяет повысить магнитную индукцию в зазоре между головкой и диском. Такие головки формируют на поверхности диска намагниченные участки с более выраженными границами, что позволяет использовать более тонкопленочный слой. К тому же, более яркие границы участков уменьшают длину зон перехода от знака к знаку (зона смены знака), а значит, и повысить плотность. В последствии появились двухслойные MIG-головки в которых метал нанесен с обеих сторон сердечника, то есть в нерабочий и в рабочий зазоры. Такая фишка позволила улучшить качества однослойных головок. Следует отметить, что в MIG – головках сердечник меньших размеров, чем в ферритовых, а значит и масса самих головок меньше, а это позволяет уменьшить зазор между дисками и головками.

Тонкопленочные (TF)

Первые тонкопленочные головки появились в 1979 году. Thin Film Heads (так звучит по-английски полное название) произвели небольшую революцию среди головок чтения/записи, так как они производились путем фотолитографии (такой же принцип применяется для производства интегральных микросхем). Это позволяет резко уменьшить размер головок и уменьшить их вес. Более того, конструкция нового типа позволяла изменять зазор между головкой и диском путем наращивания слоев алюминиевого сплава на рабочую поверхность головки. Уменьшение зазора дает увеличение остаточной намагниченности и повышается отношение «сигнал - шум», так как увеличивается амплитуда сигнала. Кроме этого, алюминиевый сплав предотвращает повреждения головки о поверхность диска. Большим преимуществом TF-головок является уменьшение зоны смены знака, что позволяет увеличить плотность записи.

Магниторезистивные (MR)

Появились эти головки в 1990 году благодаря инженерам фирмой IBM (куда ни плюнь, всюду IBM). По сути дела MR (Magneto-Resistive) головки представляют собой симбиоз двух типов головок: магниторезистивная часть предназначена для чтения, а для записи – индуктивная тонкопленочная часть. Почему так? Через MR-головку протекает ток, когда головка проходит над участками диска с разным значением намагниченности ее сопротивление изменяется. А раз меняется сопротивление, то меняется и ток. Вот и все (в упрощенном варианте, конечно). Применение двух типов головок потребовало применение системы изменения зазора во время работы. Дело в том, что для записи зазор должен быть больше, чем для считывания. Это несколько усложнило конструкцию, зато полоса записи во время записи получается немного шире, чем это необходимо для считывания, а значит, уменьшаются помехи от соседних дорожек при чтении.

Теперь поговорим о приводе головок. Сами головки чтения/записи крепятся на рычагах, которые перемещают их над поверхностью дисков. Рычаги же, в свою очередь приводятся в движение приводом.

Существует два типа привода: