Was ist eine festplatte. Computer-Festplatte. Alles über ihn

Erste serielle Festplatte mit einer Kapazität von 16 KB wurde 1973 von IBM herausgebracht und enthielt 30 Magnetzylinder mit jeweils 30 Spuren. Scharfzüngige Entwickler haben die Ähnlichkeit dieser Zahlen mit der Marke "30/30" erkannt, die dem Namen der Waffe entspricht - "Winchester".

Ist ein Informationsspeichergerät auf Festplatten.

Das Hauptelement von Festplattenlaufwerken (HDD - Hard Disk Drive) ist eine Reihe von harten Aluminium- oder Glasrundplatten - Festplatten. Die Oberfläche einer solchen Platte ist mit einer dünnen Materieschicht bedeckt, die nach Einwirkung eines externen Magnetfelds eine Restmagnetisierung beibehalten kann. Diese Schicht wird als Arbeits- oder Magnetschicht bezeichnet und aufgezeichnete Daten werden darauf gespeichert. Der Antrieb besteht aus solchen Elementen.

Rotierende Antriebsscheiben, die auf einer gemeinsamen vertikalen Achse montiert sind.
Informations-Lese-/Schreibköpfe mit eigenem Laufwerk.

Das wichtigste Qualitätskriterium ist Oberflächenaufzeichnungsdichte... Die moderne Zahl ist 60-80 GB / Platter.

Jede Festplatte besteht aus drei Hauptblöcken. Überlegen Sie also, was die Komponenten sind Festplattenstruktur.

Erster Block- eigentlich die Speicherung von Informationen - eine oder mehrere Glas- (oder Metall-)Platten. Die Struktur der Scheibe sieht so aus: Die magnetische Oberfläche jeder Scheibe ist in konzentrische " Spur", die wiederum in Segmente unterteilt sind - Sektoren... Neben den Spuren, die ihre eigenen Nummern und Sektoren haben, gibt es Zylinder. Ein Zylinder ist eine Sammlung aller vertikal zusammenfallenden Spuren auf allen Arbeitsflächen. Um also herauszufinden, wie viele Zylinder eine Festplatte enthält, multiplizieren Sie einfach die Anzahl der Spuren mit der Gesamtzahl der Arbeitsflächen. Bei Low-Level-Formatierung Platte, die im Herstellerwerk ausgeführt wird, werden am Anfang und am Ende jedes Sektors Bereiche erstellt, die Informationen über ihre Nummern und andere (Service-Informationen) enthalten. Die Sektorgröße beträgt 571 Byte, davon sind 512 Byte für Nutzdaten für den Benutzer reserviert, andere - für den Header (Header) oder Präfix, der den Anfang und die Sektornummer und das Ende (Trailer) oder das Suffix bestimmt, wobei die Prüfsumme, die zum Überprüfen der Integrität der Platte erforderlich ist.

Zweiter Block- Festplattenmechanik, die für die Rotation des Pancake-Arrays und die genaue Positionierung des Abtastkopfsystems verantwortlich ist. Jede Arbeitsfläche der Festplatte entspricht einem Lesekopf, und sie sind vertikal in einer präzisen Spalte platziert. Das bedeutet, dass sich zu jedem Zeitpunkt alle Köpfe auf Spuren mit derselben Nummer befinden. Das heißt, sie arbeiten innerhalb eines Zylinders.

Dritter Block beinhaltet Electronic Stuffing - Mikroschaltungen, die für die Datenverarbeitung, Korrektur verantwortlich sind mögliche Fehler und Steuerung des mechanischen Teils sowie des Cache-Speicherchips.

Cluster Ist der kleinste Bereich der Festplatte, der einer Datei oder einem Teil davon zugeordnet ist. Jede Datei benötigt Festplattenspeicher, der einer ganzzahligen Anzahl von Clustern entspricht. Typischerweise besteht ein Cluster aus mehreren Sektoren.

Zum Festplatte die Clustergröße wird während der Formatierung bestimmt und hängt von der Version des Betriebssystems und der Größe des Datenträgers ab. Aber der Speicherplatz wird ineffizient belegt. Sie müssen beispielsweise eine Datei mit 500 Byte speichern. Da jede Datei auf einer ganzen Anzahl von Clustern Platz belegen kann, wird in diesem Fall ein Cluster belegt. Die Datei wird mit Verlust geschrieben Festplattenplatz.

Qualitative Eigenschaften der Festplatte

Sektor-Suchzeit... Die Sektorsuchzeit (Latenzzeit) ist die durchschnittliche Zeit, die der gewünschte Sektor benötigt, um sich unter dem Kopf zu befinden, nachdem er auf die Spur gebracht wurde. Die durchschnittliche Suchzeit entspricht der halben Rotationsperiode der Platte und wird nach folgender Formel berechnet:

Durchschnittliche Suchzeit = 1 / (Motorumdrehungen pro Sekunde * 2)

Das heißt bei einer Drehzahl von 7200 U/min. die Suchzeit beträgt 4,17 ms.

Datenlesegeschwindigkeit und -spezifikation... Die durchschnittliche Datenlesegeschwindigkeit beträgt etwa 40-45 MB / s.

Es wird davon ausgegangen, dass der Controller auf einem Motherboard mit UDMA / 33-Spezifikation eine Datenlesegeschwindigkeit von mindestens 33 MB / s bereitstellen muss. Und moderne Spezifikationen, zum Beispiel UDMA/100 und UDMA/133, müssen mindestens 100 und 133 MB/s garantieren.

Die Datenübertragungsrate bestimmt die Datenmenge, die in einem bestimmten Zeitraum vom Laufwerk zum Computer und zurück übertragen werden kann. Die Datenübertragungsrate wird durch zwei Faktoren bestimmt:

Die Art und Weise, wie die Laufwerke angeschlossen sind, dh die Schnittstellenleistung.
Die Geschwindigkeit des Lesens von Daten durch die Köpfe.

Lesegeschwindigkeit(sie wird als interne Datenaustauschrate bezeichnet und wird in MB / s gemessen) kann durch die Formel bestimmt werden:

Datenlesegeschwindigkeit = Anzahl der Sektoren pro Spur * 512 * * Festplattengeschwindigkeit / 1.000.000.

Drehzahl der Scheiben gemessen in Umdrehungen / s, 512 - die Anzahl der Datenbytes im Sektor.

Durchschnittliche Suchzeit... Durchschnittliche Suchzeit - die durchschnittliche Zeit, während der sich die Köpfe von einem Zylinder zum anderen bewegen. Diese Anzeige ist abhängig von der Bauart des Betätigers und beträgt bis zu 10 ms.

Durchschnittliche Zugriffszeit... Sie ist definiert als die Summe aus durchschnittlicher Suchzeit und Verzögerungszeit und charakterisiert die durchschnittliche statistische Zeit, die benötigt wird, um auf Daten zuzugreifen, die auf einem beliebigen Sektor aufgezeichnet sind.

Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe... Ein Indikator, der sich direkt auf die Zugriffsgeschwindigkeit und die Lesegeschwindigkeit von Daten bezieht. Es gibt Parameter 5400 U/min, 7200 U/min. (IDE); 10.000 U/min, 15.000 U/min (SCSI).

Festplatten werden über spezielle Flachbandkabel mit dem Mainboard verbunden.

Dateizuordnungstabelle

Dateizuordnungstabelle Ist ein Bereich auf der Platte, in dem die Anzahl der Cluster, die von Dateien belegt sind, eingetragen wird. Dies beinhaltet keine Cluster, die Service Information (Bootsektoren, die Dateizuordnungstabelle selbst und die Stammverzeichnisdaten). Das Dateisystem FAT (File Location Table) ist in Microsoft-Betriebssystemen weit verbreitet. Auf jeder logischen Platte kann ein separates Dateisystem erstellt werden. Somit können mehrere Typen von Dateisystemen auf derselben Festplatte existieren.

Beliebte Dateisysteme

FETT... Dieses Dateisystem wird in den Betriebssystemen MS DOS, Windows 3.x / 9.x / 2000, ME, XP, OS / 2 verwendet.

HPFS... Der Name dieses Dateisystems stammt von High Performance File System, was für High Performance File System steht. Unterstützt von OS / 2, Windows NT-Betriebssystemen.

NTFS... Der Name dieses Dateisystems stammt von Windows NT File System, was bedeutet, dass das Windows NT / 2000 Dateisystem vom Betriebssystem unterstützt wird Windows-Systeme NT/2000, XP.

Logische Laufwerke

Es ist bekannt, dass ein Computer allen Platten, unabhängig von ihrer Gestaltung, logische Namen A:, B:, C: zuweist. Die Namen A:, B: werden standardmäßig Diskettenlaufwerken zugewiesen. Das logische Laufwerk des Systems, auf dem das Betriebssystem geschrieben ist, heißt C :.

Der Festplattenspeicher kann in Partitionen und logische Laufwerke partitioniert werden. Betriebssysteme arbeiten mit logischen Laufwerken, nicht mit physischen Laufwerken.

Vorteile der Entwicklung von Festplatten in mehrere logische Laufwerke:

Die Verschwendung von Speicherplatz wird reduziert.
Die Datenstrukturierung wird vereinfacht.
Das Defragmentieren der Festplatte, das Überprüfen auf Viren usw. wird vereinfacht.

Auf einer Festplatte können Sie Arbeitsprogramme speichern, auf der anderen - Dokumentation und Archive, Spiele (Installationsdateien). Im Störungsfall wird der Informationsverlust minimiert.

Festplatte, HDD oder Winchester- ein Speichergerät zur dauerhaften Speicherung von Informationen nach dem Prinzip der magnetischen Aufzeichnung. HDD steht für Festplatte, daher der Name - hart: Im Inneren des Gerätes befinden sich Scheiben aus Metall oder Glas, auf die magnetisches Sputtern angewendet wird. Auf diese Schicht werden die Daten geschrieben.

Heute auf dem Markt HDD Format 3.5 Zoll sind sehr weit verbreitet, und es gibt eine Vielfalt nicht nur in Bezug auf das Volumen der Festplatten, sondern auch in Bezug auf ihre Betriebsgeschwindigkeit, interne Struktur und Art. Es lohnt sich, diese Parameter zu verstehen, um zu verstehen, welche Festplatte besser zu kaufen ist.

Das Gerät und die Arten von Festplatten

Wie oben erwähnt, ist eine Festplatte für die dauerhafte Speicherung von Informationen gedacht, und der Unterschied zwischen ihrem Speicher und dem RAM besteht darin, dass sie nicht flüchtig ist, dh sie wird beim Ausschalten auf dem Medium gespeichert. Eine Festplatte ist ein elektromechanisches Gerät, dh sie hat bewegliche Teile und besteht aus mehreren Hauptteilen.

Es ist eine integrierte Schaltung, die die Schreib-/Lesevorgänge und den Betrieb der Platte steuert. Es wird oben auf dem Hauptkörper des Laufwerks montiert. Das Herz der Festplatte ist im Gehäuse selbst versteckt, das aus einer Spindel (Elektromotor) besteht, die die Festplatte dreht; Lesekopf (Wippe), der beweglich ist und Informationen direkt von der Oberfläche des Trägers liest, und sich selbst Magnetplatten Speicher (es kann eine unterschiedliche Anzahl von ihnen geben, sie befinden sich in Schichten übereinander).

Derzeit gibt es drei Arten von Festplatten auf dem Markt:

Teure HDD-Modelle können sich von billigen bei gleichem Volumen an Datenübertragungsgeschwindigkeit unterscheiden, sie wird aufgrund vieler Faktoren merklich höher sein: Der Cache-Speicher kann besser optimiert werden, eine elektromechanische Einheit ist anders organisiert, eine andere Anzahl von magnetischen Festplatten für gleiches Volumen. Außerdem sind teure Scheiben oft zuverlässiger und widerstandsfähiger gegen äußere Einflüsse.

Die Datenübertragungsgeschwindigkeit ist das kumulative Ergebnis aller anderen Parameter und Technologien, die auf der Festplatte verwendet werden. Wenn Ihre Wahl daher hauptsächlich von der Festplattengeschwindigkeit abhängt, ist es bequem, darauf zu navigieren. Je schneller die Disc, desto teurer wird sie.

Wie viel sollten Sie wählen?

· 250 - 500 GB- Es lohnt sich, als Budgetoption oder in einem Büro-PC zu wählen, wenn nicht viel Speicherplatz zum Speichern von Mediendateien benötigt wird. Es ist jedoch genügend Platz vorhanden, um Programme und Systeme zu installieren. Außerdem kann eine kleine Menge bei einem High-Speed-Modell ausschließlich für die Installation des Betriebssystems verwendet werden und die Daten können auf einer langsameren, größeren Festplatte gespeichert werden.
· 1 TB - 4 TB- ein solches Volumen ist für einen Heimcomputer geeignet und reicht aus, um eine große Sammlung von Filmen in HD-Auflösungen zu speichern. Ein Mindestvolumen von 1 TB ist mittlerweile Standard für den durchschnittlichen Benutzer.
· 5 - 10 TB- die maximale Lautstärke für Festplatten heute. Es wird für Sie sehr teuer und eher notwendig, wenn Sie mit großen Dateimengen arbeiten, zum Beispiel für die professionelle Bearbeitung. Alternativ erstellen Sie RAID-Array das gleiche Volumen von 1-2 TB Festplatten, was die Geschwindigkeit erhöht.

Worauf sollten Sie noch achten?

· Optimiert für ein RAID-Array... Es wird benötigt, wenn Sie ein Array aus mehreren Festplatten erstellen möchten. Der Punkt ist, dass das System anstelle mehrerer separater Festplatten eine kombinierte sieht, die in verschiedene Typen Array verbessert die Geschwindigkeit oder Zuverlässigkeit. Es lohnt sich auf jeden Fall, sich zu entscheiden, ob Sie maximale Zuverlässigkeit oder maximale Geschwindigkeit in einem Array benötigen.

Festplatte

Diagramm des Gerätes eines Festplattenlaufwerks.

Magnetische Festplatte, HDD, Festplatte, Winchester(engl. Festplattenlaufwerk (magnetisch), HDD, HMDD ; umgangssprachlich Schrauben, schwer, Festplatte) - nichtflüchtiges wiederbeschreibbares Computerspeichergerät. Es ist der Hauptdatenspeicher in fast allen modernen Computern.

Im Gegensatz zu einer "Diskette" (Diskette) werden Informationen in einem Festplattenlaufwerk auf harten Platten (Aluminium oder Glas) aufgezeichnet, die mit einer Schicht aus ferromagnetischem Material, meistens Chromdioxid, bedeckt sind. Die HDD verwendet eine bis mehrere Platten auf einer Achse. Die Abtastköpfe im Betriebsmodus berühren die Oberfläche der Platten aufgrund der an der Oberfläche während der schnellen Rotation gebildeten Zwischenschicht des einströmenden Luftstroms nicht. Der Abstand zwischen Kopf und Disc beträgt mehrere Nanometer (bei modernen Discs 5-10 nm) und das Fehlen von mechanischem Kontakt sorgt für eine lange Lebensdauer des Gerätes. Wenn sich die Platten nicht drehen, befinden sich die Köpfe an der Spindel oder außerhalb der Platte in einem sicheren Bereich, in dem ihr anormaler Kontakt mit der Oberfläche der Platten ausgeschlossen ist.

Der Name "Winchester"

Nach einer der Versionen erhielt das Laufwerk dank der Firma den Namen "Winchester" und brachte 1973 das Festplattenmodell 3340 auf den Markt, das erstmals Plattenteller und Leseköpfe in einem nicht abnehmbaren Gehäuse vereinte. Bei der Entwicklung verwendeten die Ingenieure einen kurzen internen Namen "30-30", was zwei Module (in der maximalen Konfiguration) mit jeweils 30 MB bedeutete. Kenneth Houghton, der Projektmanager, schlug vor, diese Scheibe in Übereinstimmung mit der Bezeichnung des beliebten Jagdgewehrs Winchester 30-30 als "Winchester" zu bezeichnen.

Physische Größe (Formfaktor)(engl. Abmessungen) - fast alle modernen (-2008) Laufwerke für PCs und Server sind entweder 3,5 oder 2,5 Zoll groß. Letztere werden häufiger in Laptops verwendet. Auch weit verbreitete Formate - 1,8 ", 1,3", 1 "und 0,85". Abgekündigte 8- und 5,25-Zoll-Laufwerke.

Zufällige Zugriffszeit(engl. wahlfreie Zugriffszeit) - die Zeit, während der die Festplatte garantiert einen Lese- oder Schreibvorgang auf einem beliebigen Teil der Magnetplatte durchführt. Der Bereich dieses Parameters ist klein, von 2,5 bis 16 ms, in der Regel haben Serverfestplatten die kürzeste Zeit (zum Beispiel hat Hitachi Ultrastar 15K147 3,7 ms), die größte der tatsächlichen sind Festplatten für tragbare Geräte (Seagate Momentus 5400.3 - 12, 5 ).

Spulengeschwindigkeit(engl. Spulengeschwindigkeit) - die Anzahl der Spindelumdrehungen pro Minute. Zugriffszeit und Datenübertragungsrate hängen weitgehend von diesem Parameter ab. Derzeit werden Festplatten mit folgenden Standarddrehzahlen produziert: 4200, 5400 und 7200 (Laptops), 7200 und 10.000 ( persönliche Computer), 10.000 und 15.000 U/min (Server und Hochleistungs-Workstations).

Der Kopfblock ist ein Satz Federstahlhebel (ein Paar für jede Scheibe). An einem Ende sind sie auf einer Achse nahe dem Rand der Scheibe befestigt. An den anderen Enden (über den Scheiben) sind Köpfe befestigt.

Scheiben (Platten) bestehen in der Regel aus einer Metalllegierung. Obwohl es Versuche gab, sie aus Plastik und sogar Glas herzustellen, erwiesen sich solche Platten als zerbrechlich und kurzlebig. Beide Plattenebenen sind wie bei einem Tonbandgerät mit feinstem Staub eines Ferromagneten bedeckt - Oxiden von Eisen, Mangan und anderen Metallen. Die genaue Zusammensetzung und Anwendungstechnik werden geheim gehalten. Die meisten Budgetgeräte enthalten 1 oder 2 Wafer, aber es gibt Modelle mit mehr Wafern.

Die Scheiben sind starr an der Spindel befestigt. Im Betrieb dreht sich die Spindel mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend Umdrehungen pro Minute (4200, 5400, 7200, 10.000, 15.000). Bei dieser Geschwindigkeit entsteht in der Nähe der Plattenoberfläche ein kräftiger Luftstrom, der die Köpfe anhebt und über der Plattenoberfläche schweben lässt. Die Form der Köpfe ist so berechnet, dass im Betrieb der optimale Abstand zur Platte gewährleistet ist. Bis die Scheiben auf die zum Abheben der Köpfe erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt haben, hält die Parkvorrichtung die Köpfe in der Parkzone. Dies verhindert eine Beschädigung der Köpfe und der Arbeitsfläche der Platten.

Der Kopfpositionierer besteht aus einem stationären Paar starker, normalerweise Neodym-Permanentmagneten und einer Spule auf einer beweglichen Kopfbaugruppe.

Entgegen der landläufigen Meinung gibt es im Sicherheitsbereich kein Vakuum. Einige Hersteller machen es luftdicht (daher der Name) und füllen es mit gereinigter und getrockneter Luft oder neutralen Gasen, insbesondere Stickstoff; und zum Druckausgleich wird eine dünne Metall- oder Kunststoffmembran verbaut. (In diesem Fall im Koffer Festplatte eine kleine Tasche für einen Beutel mit Silikagel ist vorhanden, die den nach dem Verschließen im Koffer verbleibenden Wasserdampf aufnimmt). Andere Hersteller gleichen den Druck durch eine kleine Öffnung mit einem Filter aus, der sehr kleine Partikel (wenige Mikrometer) zurückhalten kann. Allerdings wird auch hier die Feuchtigkeit ausgeglichen und es können auch schädliche Gase eindringen. Ein Druckausgleich ist erforderlich, um eine Verformung des Sicherheitsbehälters durch Änderungen des atmosphärischen Drucks und der Temperatur sowie bei Erwärmung des Geräts während des Betriebs zu vermeiden.

Staubpartikel, die sich bei der Montage in der Auffangzone befunden haben und auf die Oberfläche der Scheibe gefallen sind, werden während der Rotation zu einem anderen Filter - einem Staubsammler - abgeführt.

Low-Level-Formatierung

Auf letzte Stufe Gerätebaugruppen der Oberfläche der Platten werden formatiert - darauf werden Spuren und Sektoren gebildet.

Frühe "Festplatten" (wie Disketten) enthielten auf allen Spuren die gleiche Anzahl von Sektoren. Auf Platten moderner "Festplatten" sind die Tracks in mehrere Zonen gruppiert. Alle Spuren in einer Zone haben die gleiche Anzahl von Sektoren. Es gibt jedoch mehr Sektoren auf jeder Spur der äußeren Zone, und je näher die Zone am Zentrum liegt, desto weniger Sektoren gibt es für jede Spur der Zone. Dies ermöglicht es, eine gleichmäßigere Aufzeichnungsdichte zu erreichen und folglich die Kapazität der Platte zu erhöhen, ohne die Produktionstechnologie zu ändern.

Die Zonengrenzen und die Anzahl der Sektoren pro Spur für jede Zone werden im ROM der Elektronikeinheit gespeichert.

Darüber hinaus gibt es auf jeder Spur tatsächlich zusätzliche Reservesektoren. Wenn in einem Sektor ein nicht behebbarer Fehler auftritt, kann dieser Sektor durch einen Reservesektor ersetzt werden (engl. neu zuordnen). Natürlich gehen die darin gespeicherten Daten höchstwahrscheinlich verloren, aber die Kapazität der Festplatte nimmt nicht ab. Es gibt zwei Umbelegungstabellen: Eine wird im Werk fertiggestellt, die andere im laufenden Betrieb.

Die Sektor-Neuabbildungstabellen werden auch im ROM der Elektronikeinheit gespeichert.

Während des Zugriffs auf die "Festplatte" bestimmt die Elektronikeinheit selbstständig, welcher physikalische Sektor adressiert werden soll und wo er sich befindet (unter Berücksichtigung der Zonen und Neuzuordnungen). Daher von der Seite externe Schnittstelle Der Winchester sieht homogen aus.

In Verbindung damit gibt es eine sehr hartnäckige Legende, dass das Anpassen der Remapping-Tabellen und Zonen die Kapazität der Festplatte erhöhen kann. Dafür gibt es viele Dienstprogramme, aber in der Praxis stellt sich heraus, dass, wenn der Gewinn erzielt werden kann, er unbedeutend ist. Moderne Discs sind so billig, dass solche Anpassungen den Aufwand und die Zeit, die dafür aufgewendet werden, nicht wert sind.

Elektronikeinheit

In früh Festplatte die Steuerlogik wurde auf die MFM- oder RLL-Steuerung des Computers übertragen, und die Elektronikplatine enthielt nur analoge Verarbeitungsmodule und die Steuerung von Spindelmotor, Positionierer und Kopfkommutator. Der Anstieg der Datenübertragungsraten zwang die Entwickler dazu, die Länge des analogen Pfads bis an die Grenze zu reduzieren, und bei modernen Festplatten enthält die Elektronikeinheit normalerweise: eine Steuereinheit, einen Festwertspeicher (ROM), Pufferspeicher, Schnittstelleneinheit und digitale Signalverarbeitungseinheit.

Die Schnittstellenbox verbindet die Festplattenelektronik mit dem Rest des Systems.

Die Steuereinheit ist ein Steuersystem, das elektrische Signale zum Positionieren der Köpfe empfängt und Steueraktionen für einen "Schwingspulen"-Antrieb erzeugt, den Informationsfluss von verschiedenen Köpfen umschaltet und den Betrieb aller anderen Knoten steuert (z Geschwindigkeit).

Der ROM-Block speichert Steuerprogramme für Steuergeräte und digitale Signalverarbeitung sowie Serviceinformationen der Festplatte.

Der Pufferspeicher gleicht den Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten des Schnittstellenteils und des Laufwerks aus (es wird ein statischer Hochgeschwindigkeitsspeicher verwendet). Eine Vergrößerung des Pufferspeichers kann in einigen Fällen die Geschwindigkeit des Laufwerks erhöhen.

Die digitale Signalverarbeitungseinheit reinigt das gelesene analoge Signal und dekodiert es (extrahiert digitale Informationen). Für die digitale Verarbeitung verwendet werden verschiedene Methoden B. die Methode der Partial Response Maximum Likelihood (PRML). Es wird ein Vergleich des empfangenen Signals mit Abtastwerten durchgeführt. In diesem Fall wird ein Abtastwert ausgewählt, der in Form und Zeitcharakteristik dem decodierten Signal am ähnlichsten ist.

Datenaufzeichnungstechnologien

Das Funktionsprinzip von Festplatten ähnelt dem von Tonbandgeräten. Die Arbeitsfläche der Platte bewegt sich relativ zum Lesekopf (zB in Form einer Induktivität mit einer Lücke im Magnetkreis). Wenn ein elektrischer Wechselstrom (während der Aufzeichnung) an die Kopfspule angelegt wird, wirkt das resultierende magnetische Wechselfeld aus dem Kopfspalt auf den Ferromagneten der Plattenoberfläche und ändert die Richtung des Domänenmagnetisierungsvektors abhängig von der Größe des Signals. Beim Lesen führt die Bewegung der Domänen am Kopfspalt zu einer Änderung des magnetischen Flusses im Magnetkreis des Kopfes, was aufgrund der Wirkung elektromagnetischer Induktion zum Auftreten eines elektrischen Wechselsignals in der Spule führt.

V In letzter Zeit der magnetoresistive Effekt wird zum Lesen verwendet und magnetoresistive Köpfe werden in den Platten verwendet. Bei ihnen führt eine Magnetfeldänderung zu einer Widerstandsänderung, abhängig von der Änderung der Magnetfeldstärke. Solche Köpfe machen es möglich, die Wahrscheinlichkeit der Informationslesezuverlässigkeit (insbesondere bei hohen Informationsaufzeichnungsdichten) zu erhöhen.

Parallele Aufnahmemethode

Dies ist derzeit noch die gebräuchlichste Technologie zum Aufzeichnen von Informationen auf Festplatten. Informationsbits werden mit einem kleinen Kopf aufgezeichnet, der, wenn er über die Oberfläche einer rotierenden Platte fährt, Milliarden von horizontalen diskreten Bereichen - Domänen - magnetisiert. Jeder dieser Bereiche ist logisch Null oder Eins, abhängig von der Magnetisierung.

Maximal erreichbares bei Verwendung diese Methode die Aufzeichnungsdichte beträgt ca. 23 Gbit/cm². Derzeit wird diese Methode nach und nach durch die Methode der Senkrechtaufzeichnung ersetzt.

Senkrechte Aufnahmemethode

Senkrechte Aufzeichnung ist eine Technik, bei der Informationsbits in vertikalen Domänen gespeichert werden. Dies ermöglicht die Verwendung stärkerer Magnetfelder und reduziert den Platzbedarf, der zum Aufzeichnen von 1 Bit erforderlich ist. Die Aufzeichnungsdichte moderner Samples liegt bei 15-23 Gb/cm², in Zukunft ist geplant, die Dichte auf 60-75 Gb/cm² zu bringen.

Seit 2005 sind senkrechte Festplatten auf dem Markt erhältlich.

Thermomagnetische Aufzeichnungsmethode

Thermomagnetisches Aufzeichnungsverfahren (engl. Wärmeunterstützte Magnetaufzeichnung, HAMR ) ist derzeit die vielversprechendste der bestehenden, jetzt wird sie aktiv weiterentwickelt. Diese Methode verwendet eine Punkterhitzung der Disc, die es dem Kopf ermöglicht, sehr kleine Bereiche seiner Oberfläche zu magnetisieren. Nach dem Abkühlen der Disc ist die Magnetisierung „fixiert“. Es gibt noch keine Bahnen dieser Art auf dem Markt (für 2009), es gibt nur experimentelle Muster, deren Dichte jedoch bereits über 150 Gbit / cm² liegt. Die Entwicklung der HAMR-Technologien dauert schon länger, doch die Schätzungen der maximalen Aufzeichnungsdichte unter Experten sind sich noch nicht einig. So nennt Hitachi die Grenze bei 2,3-3,1 Tbit/cm², und Vertreter von Seagate Technology schlagen vor, die Aufzeichnungsdichte von HAMR-Medien auf 7,75 Tbit/cm² bringen zu können. Mit der breiten Einführung dieser Technologie ist nach 2010 zu rechnen.

Schnittstellenvergleich

	Bandbreite, Mbit/s	Maximale Kabellänge, m	Ist ein Stromkabel erforderlich	Anzahl Antriebe pro Kanal	Die Anzahl der Leiter im Kabel	Andere Eigenschaften
Ultra	2	40/80	Controller + 2Slave, nicht Hot-Swap-fähig

FireWire / 400	400		Ja / Nein (abhängig von der Art der Schnittstelle und des Antriebs)	63	4/6
FireWire / 800	800	4.5 (Daisy-Chaining bis 72 m)	Nein	63	4/6	Geräte sind Peer-to-Peer, Hot-Swap-fähig
USB 2.0	480	5 (Daisy-Chaining, über Hubs, bis 72 m)	Ja / Nein (abhängig vom Antriebstyp)	127	4
Ultra-320
SAS	3000	8	Jawohl	Über 16384		Heißer Tausch; Anschluss möglich
eSATA	2400	2	Jawohl	1 (mit Portmultiplikator bis 15)	4	Host / Slave, Hot-Swap-fähig möglich

Festplatten gehören zu den wichtigsten Komponenten eines PCs oder Laptops. hängt stark von den Eigenschaften dieser Geräte ab. Welche Arten von Festplatten sind heute auf dem Markt? Wie wählt man das beste Gerät aus, um typische Benutzeraufgaben zu lösen?

Was ist eine Festplatte?

Eine Festplatte ist das Hauptspeichergerät für Dateien auf einem PC oder Laptop. Strukturell ist es eine rotierende Magnetplatte mit einem Lese- und Schreibelement - einem Kopf. Im Slang der Amateure Computertechnik"Festplatte", "Schraube", "Festplatte" genannt. Die Besonderheit der Funktionsweise von Festplatten besteht darin, dass der Lese- und gleichzeitig Schreibkopf nicht mit der Magnetplatte in Berührung kommt. Aus diesem Grund sowie einer Reihe anderer Konstruktionsmerkmale funktioniert das Gerät lange und kann als eines der zuverlässigsten Mittel zum Speichern von Informationen angesehen werden.

Festplatte ist eine Ressource, auf der sich in der Regel befinden Systemdateien, dh diejenigen, die in der Struktur des Betriebssystems vorhanden sind, verschiedene Anwendungen, Spiele. Die Softwareinstallation erfordert fast immer die Verwendung von Festplattenressourcen.

Die meisten modernen Computermodelle unterstützen den Anschluss mehrerer Festplatten. In Laptops befindet sich meist nur eine Festplatte - aufgrund der geringen Größe der entsprechenden Geräte. Wenn wir über den Typ sprechen (wir werden etwas später auf ihre Besonderheiten eingehen), wird ihre maximale Anzahl meistens durch die Verfügbarkeit der entsprechenden Steckplätze auf dem PC sowie durch die Leistungsmerkmale des Computers begrenzt.

Die Festplatte ist also die wichtigste Hardwarekomponente eines Computers. Unsere Aufgabe ist es, die Kriterien für die optimale Auswahl des passenden Gerätes für den PC zu ermitteln. Um es zu lösen, ist es nützlich, zuerst die Klassifizierung von "Festplatten" zu untersuchen.

Klassifizierung von Festplatten

Überlegen Sie daher, in welchen Sorten präsentiert werden modern hart Festplatten auf dem Computerausrüstungsmarkt.

Zu den beliebtesten Gerätetypen gehört eine Computerfestplatte, die einem 3,5-Zoll-Formfaktor entspricht. Solche Scheiben haben eine Rotationsgeschwindigkeit von 5400 oder 7200 U/min. Die Kommunikation "Festplatten" mit einem PC erfolgt über verschiedene Schnittstellen. Die gebräuchlichsten sind IDE und SATA.

Es gibt Festplatten, die für Server geeignet sind. Ihre Größe ist in der Regel die gleiche wie bei einem PC, aber die Rotationsgeschwindigkeit solcher Geräte ist viel höher - etwa 15.000 Umdrehungen pro Minute. "Winchester" für Server sind am häufigsten über . mit den wichtigsten Hardwarekomponenten verbunden SCSI-Schnittstelle Unterstützung für serielle SATA- oder SAS-Standards ist jedoch möglich. Eine Serverfestplatte ist ein äußerst zuverlässiges Gerät, was nicht verwunderlich ist: Die Computer, auf denen solche Laufwerke installiert sind, sind darauf ausgelegt, Schlüsselbereiche der digitalen Infrastruktur von Unternehmen, Behörden und Internetanbietern zu bedienen.

Diese Arten von "Festplatten" müssen innerhalb der Systemeinheit eines PCs oder Servers installiert werden. Aber es gibt auch externe hart Festplatten. Sie werden an einen der externen Ports des Computers angeschlossen – meistens USB oder FireWire. Ihre Funktionalität ähnelt im Allgemeinen der von internen Geräten. Das Volumen einer Festplatte der Kategorie extern ist in der Regel ziemlich groß - etwa 500-1000 GB. Tatsache ist, dass diese Art von Gerät oft verwendet wird, um große Datenmengen von einem Computer auf einen anderen zu übertragen.

Es gibt Festplatten, die für Laptops geeignet sind. Ihre Größe ist kleiner als die von "Festplatten", die für den Einbau in "Desktop" -Computern entwickelt wurden - 2,5 Zoll. Die Geschwindigkeit einer Festplatte für einen Laptop beträgt meistens 4200 oder 5400 U/min. Solche Festplatten funktionieren normalerweise, wenn sie aktiviert sind SATA-Schnittstelle... Sie zeichnen sich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Positionsänderungen aus, was angesichts der Besonderheiten der Verwendung von Laptops durchaus logisch ist.

Zu den technologisch fortschrittlichsten Festplattentypen gehören Solid State Drives. Sie können im Prinzip als separate Geräteklasse angesehen werden, da ihre Struktur keine beweglichen Platten enthält. Daten auf diesem Festplattentyp werden in den Flash-Speicher geschrieben. Vorrichtungen dieser Art haben sowohl Vor- als auch Nachteile.

Viele der weltweit führenden PC-Hersteller passen ihre Fertigungslinien an die Produktion von Geräten an, die mit genau Solid State Drives... Diese Arten von Festplatten sind teurer als solche mit rotierenden Elementen. Im Vergleich zu ihnen zeichnen sie sich jedoch durch einen geringeren Stromverbrauch, in vielen Fällen fast völlige Geräuschfreiheit im Betrieb - weniger Gewicht aus. In Bezug auf die Geschwindigkeit kann festgestellt werden, dass der typische Wert für Solid-State-Festplatten 300-400 MB / s beträgt, was vor dem Hintergrund der führenden Kommunikationsstandards, die von modernen Computern unterstützt werden, sehr ordentlich ist.

Schnittstellen

Der erfolgreiche Einbau einer Festplatte in einen PC hängt maßgeblich von der Verfügbarkeit der notwendigen Schnittstellen ab. Berücksichtigen Sie die Besonderheiten der gängigsten Kommunikationsstandards auf dem modernen Computermarkt. Dies ist nützlich, um die Aufgaben des Benutzers und die Art der "Festplatte", die für seine Lösung optimal ist, zu korrelieren.

Zu den gängigsten Schnittstellen zum Anschluss externer Festplatten zählt USB. Darüber hinaus kann dieser Kommunikationsstandard in verschiedene Versionen- 1, 2 und 3. Die Geschwindigkeit einer Festplatte hängt direkt von ihrer Kompatibilität mit der entsprechenden Technologie ab. Bezüglich der 1. Version der Schnittstelle können wir sagen, dass bei ihrer Verwendung eine Datenübertragung mit 12 Mbit / s möglich ist, die 2. garantiert den Dateiaustausch mit einer Geschwindigkeit von bis zu 480 Mbit / s, die 3. Generation der USB-Schnittstellen bietet eine Anzeige von 5 Gbit / s. Soll das Gerät nicht nur zum Speichern von Dateien verwendet werden, sondern beispielsweise auch zum Installieren von Spielen oder Programmen, dann unterstützt es am besten die modernsten USB-Schnittstellen – in der Version 2, noch besser in der Version 3 .

Über die FireWire-Schnittstelle kann auch die externe Festplatte des Computers angeschlossen werden. Es zeichnet sich durch eine hohe Datenübertragungsrate aus - etwa 400 Mbit / s. Extrem effektiv bei der Arbeit mit Videodateien.

Berücksichtigen Sie die Standards, die beim Installieren interner Laufwerke in einem PC verwendet werden. Als relativ veraltet, aber immer noch eine beliebte Schnittstelle gilt die IDE.

Es kann Daten mit einer Geschwindigkeit von etwa 133 Mb / s übertragen. Weit verbreitet in Desktop-PCs - vor allem aufgrund der relativ großen Größe des Steckers, die für den strukturellen Aufbau des Laptops nicht optimal ist.

Die SATA-Schnittstelle ist das Ergebnis der Entwicklung des IDE-Standards. Ermöglicht die Übertragung von Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit / s. Es zeichnet sich durch eine erhöhte Störfestigkeit aus. Es wird aktiv in Laptops verwendet - aufgrund der relativ geringen Größe des Steckers sowie der guten Datenübertragungsrate.

Die SCSI-Schnittstelle wird, wie oben erwähnt, hauptsächlich auf Servern installiert. Es zeichnet sich auch durch eine hohe Datenübertragungsrate aus - etwa 320 Mbit / s. Es gibt eine aktualisierte Modifikation der betreffenden Schnittstelle - SAS. Festplatten können, wenn sie aktiviert sind, einen Datenaustausch mit einer Geschwindigkeit von etwa 12 Gbit / s ermöglichen.

Auswahlkriterien für Festplatten

Die Eigenschaften der oben betrachteten Schnittstellen können als wesentliche Kriterien für wähle einen harten Scheibe. Außerdem haben wir eine Reihe weiterer wichtiger Parameter bekannt gegeben, etwa die Rotationsgeschwindigkeit der Geräteelemente, den Formfaktor. Das wichtigste Merkmal bei der Auswahl des optimalen Gerätemodells ist jedoch der Festplattenspeicher. In vielerlei Hinsicht ist dieser Parameter subjektiv - viele Benutzer bevorzugen eine schnellere "Festplatte" als die, auf der sie platziert werden können große Menge Dateien. Dies ist jedoch immer noch das Erste, worauf viele Benutzer achten.

Der wichtigste Aspekt bei der Auswahl einer "Festplatte" - einige ihrer nominalen Eigenschaften (z. B. Kompatibilität mit bestimmten Schnittstellen) müssen mit den Kommunikationsfähigkeiten des PCs kompatibel sein. Es kommt vor, dass die Festplatte eines Computers unglaublich technisch ist, aber die Unterstützung der relevanten Standards auf dem PC-Motherboard ist unzureichend. Betrachten wir die wichtigsten Nuancen der Kompatibilität zwischen Festplatten und einigen Hardwarekomponenten moderner Computer.

Größenkompatibilität ist wichtig

Wir haben oben angemerkt, dass Festplatten unterschiedlich groß sind. Es mag den Anschein haben, dass dieser Parameter von untergeordneter Bedeutung ist. Aber oft erweist es sich als fast entscheidend. Tatsache ist, dass der Einbau einer Festplatte in einen PC oder in den entsprechenden Bereich eines Laptops äußerst schwierig ist, wenn die Größe des Laufwerks zu klein ist und daher im Hinblick auf die Nutzung des verfügbaren Platzes nicht optimal ist den Aufbau des Gerätes. Bei zu großen Abmessungen wird es praktisch unmöglich - die "Festplatte" passt einfach nicht in einen Computer.

Dieses Muster ist natürlich hauptsächlich für Laptops typisch, da Probleme beim Platzieren einer Festplatte in Desktop-PCs in der Regel nicht auftreten (hauptsächlich aufgrund der Verfügbarkeit diverser Zusatzgeräte). Wenn Sie also planen, neue Festplatten für einen Laptop zu kaufen, müssen Sie die genaue Größe der aktuellen Festplatten kennen. Oben haben wir angemerkt, dass in den entsprechenden Computertypen "Festplatten" mit einem 2,5-Zoll-Formfaktor üblich sind. Beachten Sie jedoch, dass einige Laptop-Modelle mit 1,8-Zoll-Festplatten ausgestattet sind.

Kompatibilität der Kommunikationsstandards

Auch die Kommunikationsschnittstellen von Festplatte und PC-Motherboard müssen kompatibel sein. Die Hauptnuance sind hier die Unterschiede in den Versionen der Datenaustauschstandards. Es gibt also drei Varianten Wichtig ist, dass der entsprechende Kommunikationsstandard, der vom Antrieb unterstützt wird, auch kompatibel ist mit Hauptplatine... Es kann vorkommen, dass der Benutzer eine teure Festplatte kauft, die den Datenaustausch nach dem modernen SATA 3-Standard ermöglicht (der Preis solcher Modelle kann etwa 10.000 Rubel betragen), der Computer kann dies jedoch nicht vollständig unterstützen. Der Besitzer des PCs kann somit deutlich zu viel bezahlen.

Gleiches gilt für die Korrelation zwischen den von der "Festplatte" unterstützten USB-Standards und dem PC. Wenn die Festplatte für den Anschluss über die USB-3.0-Schnittstelle ausgelegt ist und das Mainboard dies nicht unterstützt, werden auch die technologischen Möglichkeiten des entsprechenden Standards nicht voll ausgeschöpft. In Bezug auf die FireWire-Schnittstelle können wir sagen, dass Sie beim Kauf einer Festplatte, die sie unterstützt (der Preis eines Geräts kann auch anständig sein - etwa 8-10 Tausend Rubel), sicherstellen müssen, dass der PC grundsätzlich kompatibel ist damit. Dieser Kommunikationsstandard ist typisch für Notebook-Computer, fehlt jedoch bei vielen Desktop-PCs. Natürlich sind auch Festplatten, die FireWire unterstützen, grundsätzlich kompatibel mit USB-Schnittstellen, und es ist äußerst unwahrscheinlich, dass das Gerät aufgrund des fehlenden FireWire-Anschlusses am PC nicht funktionsfähig ist. Aber wenn ein Anwender beispielsweise erwartet, den offensichtlichsten Wettbewerbsvorteil von FireWire zu nutzen - effizientes Arbeiten mit Videodaten, dann bekommt er möglicherweise nicht die gewünschten Ergebnisse von der Festplatte.

Optimale Lautstärke

Wie bereits erwähnt, ist die Lautstärke als Hauptmerkmal eines Geräts wie einer Festplatte ein sehr subjektiver Parameter. Für viele Benutzer reichen relativ gesehen mehrere Gigabyte Festplattenspeicher völlig aus – wenn sie beispielsweise hauptsächlich mit Dokumenten arbeiten. Einigen erscheint eine Terabyte-Festplatte aufgrund der häufigen Platzierung großer Mengen an Multimedia-Inhalten - Videos, Fotos, Musik - nicht groß genug.

Es ist schwierig, die optimale Speicherkapazität zu empfehlen. Aber das Konzept von "je mehr, desto besser" ist nicht immer die beste Weise, wieder aus wirtschaftlicher Sicht. Sie können Geld für eine teure, geräumige Festplatte ausgeben - 1 TB. Ein ganzes Terabyte wird damit zur Verfügung stehen – in der Praxis aber kaum die Hälfte nutzen. Gleichzeitig können beim Kauf eines weniger geräumigen, aber günstigeren Laufwerks die frei werdenden Mittel zur Verbesserung der Leistung eines PCs oder Laptops verwendet werden (z. B. ein zusätzliches RAM-Modul oder einen leistungsstärkeren Kühler für den Prozessor kaufen).

Laut einer Reihe von IT-Experten ist eine 500-GB-Festplatte optimale Lösung für die meisten benutzerdefinierten Aufgaben. Auf einer "Festplatte" der entsprechenden Größe können Sie also etwa 100-150.000 Fotos in guter Qualität platzieren, etwa 100-150 . installieren moderne Spiele... Wenn der Besitzer des PCs kein Sammler von Meisterwerken oder ein Spieler ist, ist es unwahrscheinlich, dass er mindestens die Hälfte der entsprechenden Ressource verwendet. Aber wenn er wiederum gerne fotografiert und spielt, dann reichen ihm die Möglichkeiten, die ihm eine 500-GB-Festplatte bietet, möglicherweise nicht aus. Gleichzeitig gilt dieses Volumen der "Festplatte" aus Sicht der typischen Aufgaben, die moderne Benutzer lösen, als eines der optimalen.

Drehzahl

Andere wichtiger Parameter, die eine Festplatte auszeichnet, ist die Rotationsgeschwindigkeit der Platten. Dazu können wir sagen, dass es aus Sicht der tatsächlichen Datenübertragungsrate sowie der Dynamik der Verarbeitung verschiedener Dateien durch das Betriebssystem wichtig ist. Wenn die "Festplatte" als Hauptlaufwerk verwendet wird, das heißt, es ist ein Betriebssystem darauf installiert, Programme und Spiele sind darauf installiert, dann ist es besser, wenn die betreffende Eigenschaft in so großen Werten wie möglich ausgedrückt wird . Wenn der Benutzer kauft zweite schwer eine Platte, die hauptsächlich zum Speichern von Dateien entwickelt wurde, in diesem Sinne ist die Rotationsgeschwindigkeit der Platten nicht der wichtigste Indikator.

Je höher der Wert des jeweiligen Indikators, desto teurer ist das Laufwerk. In diesem Sinne kann es wiederum unerwünscht sein, für höhere Drehzahlen zu viel zu bezahlen, obwohl ihre Anwesenheit nicht erforderlich ist. Ein Winchester mit hoher Scheibendrehzahl emittiert deutlich mehr Geräusche als ein Winchester mit mäßiger Drehzahl und zeichnet sich zudem durch eine hohe Leistungsaufnahme aus. Der optimale Indikator für moderne Festplatten, bei denen die meisten Benutzeraufgaben effektiv gelöst werden können - 7200 U / min.

Cache-Speicher

Zu den wichtigsten Indikatoren für die Laufwerksleistung gehört der Cache-Speicher. Mit dieser Ressource kann die Festplatte die Verfahren zum Ausführen vieler Operationen mit Dateien erheblich beschleunigen. Im Cache-Speicher werden die häufigsten Algorithmen für Anforderungen an bestimmte Computerressourcen aufgezeichnet. Wenn einige Daten im Cache vorhanden sind, muss die "Festplatte" sie nicht im RAM-Speicher oder zwischen Dateien suchen. Je größer die Cachegröße, desto besser. Der von vielen Experten empfohlene optimale Wert des entsprechenden Indikators beträgt jedoch 64 MB.

Spielt die Marke eine Rolle?

Ist es bei sonst gleichen Bedingungen sinnvoll, sich für eine Festplatte zu entscheiden und sich auf die Marke zu konzentrieren? Die Meinungen von IT-Experten und Anwendern zu diesem Thema sind sehr unterschiedlich. Dies gilt sowohl für die Empfehlung zur Fokussierung auf die Marke als auch für die Qualität der Antriebe eines bestimmten Herstellers. Einige Nutzer werden ihre Samsung-Festplatte ausschließlich positiv charakterisieren, Bewertungen anderer Gerätebesitzer der koreanischen Marke mögen weniger begeistert sein. Manche IT-Experten loben die Marken Hitachi, Toshiba, andere halten sie für nicht besser als ihre Konkurrenten. Gleichzeitig sind diese Unternehmen Marktführer. Dieser Umstand ist in jedem Fall als bedeutsam anzusehen. Marktführer auf dem hart umkämpften Markt für Computerkomponenten zu sein, ist nicht einfach. Dies trägt wahrscheinlich dazu bei hohe Qualität produzierte Ware.

Wenn wir also eine Festplatte für einen PC oder Laptop benötigen, können wir uns auf die folgenden Kriterien konzentrieren:

Größe (hauptsächlich relevant für Laptops - es ist unerwünscht, dass der entsprechende Indikator kleiner ist als die für die Platzierung von Festplatten vorgesehenen Steckplätze, nicht akzeptabel, dass er größer ist);

Unterstützte Standards (es ist wichtig, dass die technologischen Schnittstellen auf der "Festplatte" vollständig mit den PC-Ressourcen kompatibel sind);

Volumen (subjektiv, aber 500 GB sind der optimale Indikator für die meisten Benutzeraufgaben);

Rotationsgeschwindigkeit der Platten (optimal - 7200 U/min);

Cache-Speicher (optimal - 64 MB).

Wünschenswert ist auch, dass die "Festplatte" von einem Hersteller herausgebracht wurde, der im entsprechenden Gerätesegment in den führenden Positionen auf dem Weltmarkt steht.

Der Zweck dieses Artikels ist es, den Aufbau einer modernen Festplatte zu beschreiben, über ihre Hauptkomponenten zu sprechen, zu zeigen, wie sie aussehen und aufgerufen werden. Darüber hinaus werden wir die Beziehung zwischen der russischen und englischen Terminologie zeigen, die die Komponenten von Festplatten beschreibt.

Werfen wir der Übersichtlichkeit halber einen Blick auf ein 3,5-Zoll-SATA-Laufwerk. Es wird ein brandneues Terabyte Seagate ST31000333AS sein. Schauen wir uns unser Meerschweinchen an.

Eine grüne Leiterplatte mit Kupferbahnen, Strom- und SATA-Anschlüssen wird als Elektronikplatine oder Steuerplatine (Printed Circuit Board, PCB) bezeichnet. Es dient der Kontrolle harte Arbeit Scheibe. Das schwarze Aluminiumgehäuse und sein Inhalt werden als Head and Disk Assembly (HDA) bezeichnet, in Fachkreisen auch als „Glas“ bezeichnet. Der Koffer selbst ohne Inhalt wird auch HDA (Base) genannt.

Nun entfernen wir die Platine und untersuchen die darauf platzierten Komponenten.

Das erste, was einem ins Auge fällt, ist ein großer Chip in der Mitte - ein Mikrocontroller oder Prozessor (Micro Controller Unit, MCU). Bei modernen Festplatten besteht der Mikrocontroller aus zwei Teilen – eigentlich Zentraleinheit(Central Processor Unit, CPU), die alle Berechnungen durchführt, und der Lese- / Schreibkanal - ein spezielles Gerät, das eingehende von den Köpfen umwandelt Analogsignal in digitale Daten während des Lesevorgangs und Codieren digitaler Daten in ein analoges Signal beim Schreiben. Der Prozessor verfügt über IO-Ports zur Steuerung der restlichen PCB-Komponenten und zur Datenübertragung über die SATA-Schnittstelle.

Der Speicherchip ist ein gewöhnlicher DDR-SDRAM-Speicher. Die Speichergröße bestimmt die Größe des Festplattencaches. Diese Platine enthält 32 MB DDR-Speicher von Samsung, was der Festplatte theoretisch einen 32 MB Cache verleiht (und das ist genau die Menge, die in technische Eigenschaften ah Festplatte), aber das ist nicht ganz richtig. Der Punkt ist, dass der Speicher logisch in Pufferspeicher (Cache) und Firmware-Speicher unterteilt ist. Der Prozessor benötigt etwas Speicher, um die Firmware-Module zu laden. Soweit uns bekannt ist, geben nur Hitachi / IBM die tatsächliche Cachegröße im Datenblatt an; Was den Rest der Festplatten angeht, ist die Größe des Caches frei wählbar.

Der nächste Chip ist ein Voice Coil Motor Controller (VCM-Controller). Darüber hinaus steuert dieser Chip die auf der Platine befindlichen sekundären Netzteile, von denen der Prozessor und der im HDA befindliche Vorverstärker (Preamp)-Chip mit Strom versorgt werden. Es ist der Hauptverbraucher von PCB-Energie. Es steuert die Spindelrotation und die Kopfbewegung. Der VCM-Controller-Kern kann sogar bei Temperaturen von bis zu 100 ° C betrieben werden. Ein Teil der Firmware des Laufwerks wird im Flash-Speicher gespeichert. Wenn die Festplatte mit Strom versorgt wird, lädt der Mikrocontroller den Inhalt des Flash-Chips in den Speicher und beginnt mit der Ausführung des Codes. Ohne einen korrekt geladenen Code möchte die Festplatte nicht einmal hochfahren. Befindet sich kein Flash-Chip auf der Platine, wird dieser in den Mikrocontroller eingebaut.

Der Vibrationssensor (Schocksensor) reagiert auf Stöße, die für die Disc gefährlich sind, und sendet ein Signal darüber an den VCM-Controller. Das VCM parkt die Köpfe sofort und kann das Drehen der Disc stoppen. Theoretisch sollte ein solcher Mechanismus die Disc vor zusätzlichen Schäden schützen, aber in der Praxis funktioniert es nicht, also lassen Sie Discs nicht fallen. Bei einigen Discs hat der Vibrationssensor eine erhöhte Empfindlichkeit und reagiert auf die geringste Vibration. Die vom Sensor erhaltenen Daten ermöglichen es dem VCM-Controller, die Bewegung der Köpfe zu korrigieren. Auf solchen Scheiben sind mindestens zwei Schwingungssensoren installiert.

Auf der Platine befindet sich eine weitere Schutzeinrichtung - eine Transientenspannungsunterdrückung (TVS). Es schützt das Board vor Stromstößen. Im Falle eines Stromstoßes brennt das TVS durch und es entsteht ein Masseschluss. Auf dieser Platine sind zwei TVS für 5 und 12 Volt installiert.

Schauen wir uns nun die HDA an.

Unter der Platine befinden sich die Kontakte des Motors und der Köpfe. Außerdem befindet sich am Plattengehäuse ein kleines, kaum wahrnehmbares Loch (Atemloch). Es dient dem Druckausgleich. Viele Leute denken, dass sich in der Festplatte ein Vakuum befindet. Tatsächlich ist dies nicht der Fall. Dieses Loch ermöglicht es der Scheibe, den Druck innerhalb und außerhalb des Sicherheitsbereichs auszugleichen. Auf der Innenseite ist dieses Loch mit einem (Atemfilter) Filter abgedeckt, der Staub und Feuchtigkeitspartikel zurückhält.

Schauen wir uns nun den Eindämmungsbereich an. Entfernen Sie die Disc-Abdeckung.

Der Deckel selbst ist nichts Interessantes. Es ist nur ein Stück Metall mit einer Gummidichtung, um Staub fernzuhalten. Betrachten wir abschließend die Befüllung des Containment-Bereichs.

Auf Metallscheiben, auch Pancakes oder Platten genannt, werden wertvolle Informationen gespeichert. Auf dem Foto sehen Sie den oberen Pfannkuchen. Platten bestehen aus poliertem Aluminium oder Glas und sind mit mehreren Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung bedeckt, darunter eine ferromagnetische Substanz, die die Daten tatsächlich speichert. Zwischen den Pfannkuchen sowie über ihnen sehen wir spezielle Platten, die als Teiler oder Separatoren (Dämpfer oder Separatoren) bezeichnet werden. Sie werden benötigt, um Luftströme auszugleichen und akustische Geräusche zu reduzieren. Sie bestehen in der Regel aus Aluminium oder Kunststoff. Aluminium-Trennwände kommen besser mit der Luftkühlung im Containment-Bereich zurecht.

Seitenansicht von Pfannkuchen und Separatoren.

Die Schreib-Lese-Köpfe (Köpfe) werden an den Enden der Halterungen der Magnetkopfeinheit oder BMG (Head Stack Assembly, HSA) installiert. Die Präparationszone ist der Bereich, in dem sich die Köpfe einer gesunden Bandscheibe befinden sollten, wenn die Spindel gestoppt wird. Bei dieser Scheibe befindet sich die Präparationszone näher an der Spindel, was auf dem Foto zu sehen ist.

Bei einigen Fahrten erfolgt das Parken auf speziellen Kunststoff-Vorbereitungspads, die sich außerhalb der Platten befinden.

Die Festplatte ist ein präziser Positionierungsmechanismus, und dafür normale Arbeit sehr saubere Luft ist erforderlich. Während des Gebrauchs können sich im Inneren der Festplatte mikroskopisch kleine Metall- und Fettpartikel bilden. In der Scheibe befindet sich ein Umluftfilter, um die Luft sofort zu reinigen. Es ist ein Hightech-Gerät, das ständig kleinste Partikel auffängt und einfängt. Der Filter befindet sich im Weg der durch die Rotation der Platten erzeugten Luftströme.

Jetzt entfernen wir den oberen Magneten und sehen, was sich darunter verbirgt.

Festplatten verwenden sehr starke Neodym-Magnete. Diese Magnete sind so stark, dass sie das 1.300-fache ihres Eigengewichts heben können. Stecken Sie Ihren Finger also nicht zwischen einen Magneten und einen Metall- oder anderen Magneten - der Aufprall ist sehr empfindlich. Dieses Foto zeigt die BMG-Rückhaltesysteme. Ihre Aufgabe ist es, die Bewegung der Köpfe einzuschränken und sie auf der Oberfläche der Platten zu belassen. Begrenzer BMG verschiedene Modelle sind unterschiedlich angeordnet, aber es gibt immer zwei davon, sie werden auf allen modernen Festplatten verwendet. Bei unserem Antrieb befindet sich der zweite Anschlag am unteren Magneten.

Hier ist, was Sie dort sehen können.

Wir sehen hier auch eine Schwingspule, die Teil der Magnetkopfeinheit ist. Spule und Magnete bilden den Voice Coil Motor (VCM) Antrieb. Der Aktuator und die Kopfbaugruppe bilden den Aktuator – das Gerät, das die Köpfe bewegt. Ein schwarzes Kunststoffteil mit einer komplexen Form wird als Aktuatorverriegelung bezeichnet. Dies ist ein Schutzmechanismus, der das BMG freigibt, nachdem der Spindelmotor eine bestimmte Drehzahl erreicht hat. Dies ist auf den Druck des Luftstroms zurückzuführen. Der Retainer schützt die Köpfe vor ungewollten Bewegungen in der Präparationsposition.

Lassen Sie uns nun die Magnetkopfbaugruppe entfernen.

Präzision und Laufruhe des BMG werden durch ein Präzisionslager unterstützt. Der größte Teil des BMG, der aus einer Aluminiumlegierung besteht, wird normalerweise als Arm oder Kipphebel bezeichnet. Am Ende der Wippe befinden sich Köpfe an einer Federaufhängung (Heads Gimbal Assembly, HGA). Normalerweise werden die Köpfe und Kipphebel selbst von verschiedenen Herstellern geliefert. Flexibles Kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) geht zu einem Pad, das mit der Steuerplatine zusammenpasst.

Betrachten wir die Komponenten des BMG genauer.

Eine Spule, die mit einem Kabel verbunden ist.

Lager.

Das folgende Foto zeigt die Ansprechpartner von BMG.

Die Dichtung sorgt für die Dichtigkeit der Verbindung. Somit kann Luft nur durch das Druckausgleichsloch in die Scheibe/Kopf-Baugruppe eintreten. Diese Scheibe hat eine dünne Schicht vergoldeter Kontakte, um die Leitfähigkeit zu verbessern.

Dies ist ein klassisches Kipphebeldesign.

Die kleinen schwarzen Stücke an den Enden der Federhänger werden Schieber genannt. Viele Quellen weisen darauf hin, dass Schieber und Köpfe ein und dasselbe sind. Tatsächlich hilft der Schieberegler beim Lesen und Schreiben von Informationen, indem er den Kopf über die Oberfläche der Pfannkuchen hebt. Auf modernen Festplatten bewegen sich die Köpfe in einem Abstand von 5-10 Nanometern von der Oberfläche der Pfannkuchen. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 25.000 Nanometern. Gelangen Partikel unter den Schieber, kann dies zu einer Überhitzung der Köpfe durch Reibung und deren Ausfall führen, weshalb die Reinheit der Luft im Sicherheitsbereich so wichtig ist. Die Lese- und Schreibelemente selbst befinden sich am Ende des Schiebereglers. Sie sind so klein, dass man sie nur mit einem guten Mikroskop erkennen kann.

Wie man sieht, ist die Slider-Oberfläche nicht eben, sondern hat aerodynamische Rillen. Sie helfen, die Flughöhe des Sliders zu stabilisieren. Die Luft unter dem Schieber bildet ein Luftpolster (Air Bearing Surface, ABS). Das Luftkissen hält den Flug des Gleiters fast parallel zur Oberfläche des Pfannkuchens.

Hier ist ein weiteres Slider-Bild.

Die Kontakte der Köpfe sind hier deutlich sichtbar.

Dies ist ein weiterer wichtiger Teil des BMG, der noch nicht diskutiert wurde. Es heißt Vorverstärker (Preamp). Ein Vorverstärker ist ein Chip, der die Köpfe steuert und das Signal verstärkt, das zu oder von ihnen kommt.

Der Vorverstärker wird aus einem ganz einfachen Grund direkt im BMG platziert - das Signal von den Köpfen ist sehr schwach. Auf modernen Festplatten hat es eine Frequenz von etwa 1 GHz. Wenn Sie den Vorverstärker außerhalb des Containment-Bereichs bewegen, wird ein so schwaches Signal auf dem Weg zur Steuerplatine stark gedämpft.

Vom Vorverstärker führen mehr Spuren zu den Köpfen (rechts) als zum Containment (links). Tatsache ist, dass eine Festplatte nicht gleichzeitig mit mehr als einem Kopf (einem Paar von Schreib- und Leseelementen) arbeiten kann. Die Festplatte sendet Signale an den Vorverstärker und wählt den Kopf aus, auf den die Festplatte gerade zugreift. Diese Festplatte hat sechs Spuren, die zu jedem Kopf führen. Warum so viel? Eine Spur ist der Boden, zwei weitere sind für die Lese- und Schreibelemente. Die nächsten beiden Spuren dienen zur Steuerung von Miniaktoren, speziellen piezoelektrischen oder magnetischen Geräten, die den Schieber bewegen oder drehen können. Dies hilft, die Position der Köpfe über der Spur genauer einzustellen. Der letzte Weg führt zur Heizung. Die Heizung wird verwendet, um die Flughöhe der Köpfe einzustellen. Die Heizung überträgt Wärme an die Aufhängung, die den Schieber und den Kipphebel verbindet. Die Aufhängung besteht aus zwei Legierungen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften. Beim Erhitzen biegt sich die Aufhängung zur Oberfläche des Pfannkuchens und verringert so die Flughöhe des Kopfes. Beim Abkühlen richtet sich die Suspension auf.

Genug von den Köpfen, zerlegen wir die Scheibe weiter. Entfernen Sie den oberen Separator.

So sieht es aus.

Auf dem nächsten Foto sehen Sie das Containment mit entfernter oberer Trennwand und Kopfbaugruppe.

Der untere Magnet wurde sichtbar.

Jetzt klemmen die Platten.

Dieser Ring hält den Plattenblock zusammen und verhindert, dass sie sich relativ zueinander bewegen.

Pfannkuchen werden auf einer Spindel (Spindelnabe) aufgereiht.

Jetzt, da nichts die Pfannkuchen hält, entfernen Sie den oberen Pfannkuchen. Das ist, was darunter ist.

Jetzt ist klar, warum der Platz für die Köpfe geschaffen wird – zwischen den Pfannkuchen befinden sich Distanzringe. Das Foto zeigt den zweiten Pfannkuchen und den zweiten Separator.

Der Distanzring ist ein Präzisionsstück aus nichtmagnetischer Legierung oder Polymeren. Nehmen wir es ab.

Lassen Sie uns alles andere von der Festplatte herausziehen, um die Unterseite des HDA zu untersuchen.

So sieht das Druckausgleichsloch aus. Es befindet sich direkt unter dem Luftfilter. Schauen wir uns den Filter genauer an.

Da die von außen eintretende Luft zwangsläufig Staub enthält, besteht der Filter aus mehreren Schichten. Es ist viel dicker als der Umlauffilter. Es enthält manchmal Kieselgel-Partikel, um die Luftfeuchtigkeit zu bekämpfen.