Немного о жёстких дисках..

Жесткий диск можно условно разделить на две составные части: механическую и электронную.

Первая и основная выполняет самую низкоуровневую работу и состоит, прежде всего, из корпуса, шпинделя, электродвигателя, носителей информации - так называемых "блинов", позиционера и блока магнитных головок.

Вторая работает на уровень-два выше. Она представляет собой обычную плату с напаянными на ней элементами, где, помимо кучи резисторов, диодов и прочих конденсаторов, находятся устройства со знакомыми тебе названиями - это память, процессоры, "инженерный цилиндр" и т.д. Обо всем этом речь пойдет ниже.

Ну, куда же без двигателя. Действительно, привод электродвижка выполняет важнейшую роль: он, будучи подключенным к шпинделю, на котором крепятся носители информации, раскручивает его и, соответственно, носители. О том, как устроен и работает электродвигатель, замечательно написано в учебнике по физике за, дай бог памяти, 10 класс. Если интересно, почитай на досуге :). К двигателю подключается источник тока с напряжением в 5 или 12 вольт, что позволяет современным моделям раскручивать шпиндель до пятнадцати тысяч оборотов в минуту! Впрочем, этот показатель, естественно, ограничен не возможностями двигателя - тут масса других проблем: шумовые, тепловые и, прежде всего, ограничения, связанные со считыванием информации с магнитных носителей. Кстати, про шум и перегрев. Шпиндель, естественно, крепится к жесткому диску не напрямую - через подшипники, которые сводят к минимуму трение в осях шпинделя, вследствие чего минимизируются шум и выделяющееся в результате трения тепло. В современных моделях используются гидравлические подшипники.

В качестве хранителей данных выступают тонкие пластинки толщиной примерно 2 мм, на которые с обеих сторон нанесено магнитное покрытие, обладающее способностью менять свои свойства под воздействием электромагнитных излучений. Раньше эти пластины выполнялись из стекла, сейчас используются преимущественно пластики - это "дешево, надежно и практично", но притом еще и эстетично. В качестве магнитного покрытия сейчас, в основном, юзают окись хрома - вещество, которое, в отличие от своего предка, используемого в более ранних моделях - окиси железа, сохраняет свои магнитные свойства значительно более длительный срок. Магнитное покрытие чрезвычайно чувствительно к физическим на него воздействиям, поэтому на каждом блине есть так называемая "парковочная зона" - область пластины у шпинделя, где не содержится никакой информации и куда опускается после завершения работы считывающая и записывающая информацию магнитная головка. В современных жестких дисках, с целью повысить их вместительность, нередко используется несколько пластин. Это при том, что на один блин может, при использовании технологии фирмы Western Digital, влезть 60 гигабайт информации! А недавно был анонс об уже восьмидесяти гигах на одну пластину...

Сами головки представляют собой совокупность замкнутого контура, выполненного из тоненькой проволочки, заделанной в пластик, и излучателя электромагнитных колебаний.

Все это крепится на упругом крылышке, которым оканчивается так называемый позиционер - алюминиевая "рука", способная перемещаться между краем блина и шпинделем. Головки расположены с обеих сторон блина и подпружинены таким образом, что в свободном состоянии головка ложится на поверхность носителя. Шпиндель с блинами очень быстро вращаются вокруг своей оси, и вследствие этого вращающиеся пластины увлекают за собой потоки воздуха, благодаря которым головка "летает" над магнитным покрытием блина на расстоянии 0.13 (!) микрон от него. Следует пояснить, что магнитное вещество намагничивается неравномерно и при быстром вращении блинов относительно неподвижной головки в замкнутом контуре возникают электромагнитные колебания. Эти колебания, собственно, и представляют собой прочитанную информацию, они поступают в другой "отсек" жесткого диска, в его электронную часть, где, после обработки, идут по шлейфу на материнскую плату. Запись информации выполняется аналогичным путем, но в обратном порядке. Процессор устройства генерирует электромагнитные импульсы, поступающие на головку, производящую запись информации. Эти колебания излучаются в сторону магнитного покрытия, вследствие чего оно меняет свои магнитные свойства. При снижении скорости вращения ниже номинальной величины или выключения питания, процессор винчестера отводит головки ближе к шпинделю, в так называемую "парковочную зону", где головки ложатся на поверхность блина. "Парковка" необходима для сохранности головок и информации, находящейся на поверхности "блинов". В случае если головка "упадет" на ту часть поверхности блина, где содержится информация, могут запросто повредиться и данные, и сама головка - в современных моделях скорость вращения шпинделя достигает пятнадцати тысяч оборотов в минуту! Теперь, я думаю, понятно, почему резкое обесточивание диска в момент интенсивной работы может вызвать его повреждение? Головка попросту не успевает достичь "парковочной зоны" и падает на данные, вызывая их повреждение :(.

Вторая составляющая жесткого диска - электронная. Она представляет собой плату с напаянными на ней элементами, среди которых имеет смысл выделить микросхемы памяти винчестера (так называемый кэш), "инженерный цилиндр", в котором хранится управляющая диском информация, и два процессора. Первый обрабатывает электромагнитные колебания, поступающие с головок, второй производит управление диском, то есть регулирует скорость вращения шпинделя и производит позиционирование магнитных головок на дорожки. Но обо всем по порядку. Кеш в работе винчестера играет такую же роль, что и оперативная память в работе всего компа. В нем хранится обрабатываемая в текущий момент времени информация - либо читаемая, либо записываемая. Чем, соответственно, больше кэш, тем шустрее работает винчестер. Нормой для хороших современных хардов считается кэш в 2 мегабайта, лет 7 назад было 256 килобайт. "Инженерный цилиндр" представляет собой не что иное, как ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и служит для хранения в нем некоторой управляющей диском информации - в частности, серийный номер, модель, таблицы переназначения неисправных участков. Следует пояснить, что какой бы хороший и дорогой диск ни был, на его поверхности всегда есть неисправные участки, которые не могут быть использованы для записи данных, они обнаруживаются еще на стадии производства диска. В "инженерном цилиндре" хранятся адреса неисправных участков и адреса участков, которые следует использовать взамен порченных.

Теперь вспомни тестирование жестких дисков в "Ferrum", где постоянно сравнивалось "качество поверхности" разных моделей. Да, график скорости чтения информации ломанный потому, что слишком часто встречаются неисправные места, и позиционеру приходится перескакивать в другую область, вследствие чего падает скорость чтения данных. Именно поэтому серьезное предпочтение отдавалось моделям, график скорости чтения которых ровный, без кардиограмм.

При включении питания (например, после нажатия на power), процессор, отвечающий за работу устройства, тестирует электронику диска, после чего отдает команду на включение электропривода шпинделя. В этот момент головка находится в "парковочной зоне". По достижении критической для головки скорости вращения (то есть если скорость и дальше будет нарастать, она может испортиться), потоки воздуха, возникающие в результате вращения блинов, заставляют головки "взлетать". Как только скорость вращения шпинделя достигает номинальной, головки выводятся из парковочной зоны и производится поиск служебной информации, находящейся в ПЗУ - "инженерном цилиндре". Последней стадией включения винчестера является проверка правильности позиционирования головок. Она выполняется следующим образом: процессор винчестера пытается установить позиционер с закрепленными на нем головками на заранее заданную последовательность дорожек, и если все нормально, контроллер выдает сигнал готовности, и диск переходит в режим нормальной работы с твоими бесценными данными.

Каждый блин делится на сектора, кластеры, дорожки и цилиндры.

Дорожки - это концентрические окружности (т.е. у всех у них центр находится в одной точке), вдоль которых располагается записанная на диске информация. Каждая дорожка имеет свой собственный номер. Нумерация производится по порядку, начиная с нулевой дорожки по направлению от края блина к шпинделю винчестера. Цилиндром называют совокупность двух дорожек с одинаковыми номерами, расположенных на противоположных сторонах блина.

Что такое сектор, я полагаю, тебе известно из уроков геометрии в школе. Если же ты учился неважно, то объясню так: сектор - это кусочек дорожки, т.е. каждая из дорожек поделена на определенное количество секторов.

Кластер - несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. Если подняться на уровень выше в логической организации HDD, появляется такое понятие, как блок. Блок - это та информация, которая может быть записана на один сектор, это наименьшая порция данных, которая может иметь свой уникальный адрес на винчестере, обычно - 512 байт. Чтобы точно идентифицировать какие-то данные, находящиеся на HDD, необходимо знать три цифры: номер цилиндра, номер сектора на дорожке и номер головки. Тут следует пояснить, что две головки, работающие с одним блином, физически друг с другом связаны и читают (пишут) всегда в один цилиндр, в этом, собственно, и есть его смысл :). Для адресации данных в прежние времена использовали так называемый CHS-алгоритм (Сylinder, Head, Sector). Позднее разработчики столкнулись с некоторыми проблемами, связанными с поддержкой БИОС`ом дисков большого объема, и стали использовать иной алгоритм - LBA. Он довольно просто связан с CHS-адресом:

LBA=(cylinder*HEADS + head)*SECTORS + (sector-1).

Для работы с жестким диском BIOS`у компьютера необходимо знать объем диска, количество цилиндров, головок и секторов. В современных моделях все эти цифры определяются autodetect`ом, так что можешь полюбоваться на них, зайдя в соответствующий раздел твоего БИОСА.