2.4 Жидкостный подшипник.
В жидкостных подшипниках, предназначенных для моторов привода пластин винчестера, используется вязкое масло или просто воздух, а не металлические шарики. Благодаря этому такие приводы значительно превосходят по ряду характеристик традиционные шарикоподшипниковые. Число шариков в обычных подшипниках шпиндельного двигателя обычно составляет от 8 до 12. Любые малейшие неточности их формы или формы направляющей канавки, по которой они катятся, при вращении мотора могут послужить причиной неповторяющихся вибраций. Это накладывает некоторые ограничения на допустимую удельную плотность записи треков на дюйм рабочей поверхности пластины, заметно снижая, таким образом, общую емкость винчестера. К тому же подшипники качения отличаются от подшипников скольжения тем, что при больших частотах вращения у них снижается долговечность и весьма ограничена способность воспринимать ударные нагрузки. В жидкостных динамических подшипниках вращающиеся части мотора отделены друг от друга пленкой масла, которая действует как поглотитель ударных нагрузок и предупреждает повреждение рабочих поверхностей подшипника. Если обычные шарикоподшипниковые приводы винчестеров способны выдержать ударные нагрузки до 150g (в нерабочем состоянии, разумеется), то жидкостные гидравлические подшипники спокойно переносят таковые до 1,200g, что подтвердили проведенные Seagate испытания. Динамический жидкостный подшипник способен быстро гасить любые вибрации как внутреннего, так и внешнего происхождения. Эта способность также чрезвычайно важна для обеспечения правильной записи и чтения данных с дисковых пластин при высокой их удельной плотности. Отсутствие контакта обеспечивает и теоретически бесконечный срок службы приводов с жидкостными подшипниками. Ресурс обычных приводов рассчитывается в часах работы мотора, по истечении которых в металле накопляются усталостные напряжения от постоянного качения шариков по направляющим канавкам подшипника. После этого резко возрастает вероятность заклинивания привода. Естественно, срок службы сокращается и за счет физического износа поверхностей шариков и канавок, что приводит к нарушению их формы, снижению точностных характеристик привода и учащающимся ошибкам при чтении/записи данных с заданной плотностью треков.
2.5 Магнитные головки.
Для записи/считывания информации с поверхности диска используются магнитные головки. При записи головка создает магнитное поле, намагничивая тем самым участок диска - при считывании намагниченный участок диска возбуждает сигнал в головке. Первоначально использовались индуктивные головки. Основной недостаток которых был в сильной зависимости амплитуды сигнала от скорости перемещения магнитного покрытия и высокого уpовеня шумов. MRH (Magneto-Resistive Heads) и GMR (Giant Magneto-Resistive) - магниторезистивная головка считывания представляет собой pезистоp, сопротивление которого изменяется в зависимости от напряженности магнитного поля, причем амплитуда уже практически не зависит от скорости изменения поля. Это позволяет намного более надежно считывать информацию с диска и, как следствие, значительно повысить предельную плотность записи. MR-головки используются только для считывания; запись по-прежнему выполняется индуктивными головками. Чем ближе головки к поверхности диска, тем выше плотность записи. Для того чтобы головки не "упала" на поверхность диска им придают специальную аэродинамическую форму, наподобие крыла самолета. При вращении дисков внутри корпуса возникает воздушный поток, который собственно, и приподнимает головки над поверхность. При остановке двигателя, исчезает воздушный поток и головки "падают" на поверхность. Чтобы это предотвратить головки паркуют за пределы рабочей области диска (landing zone).
2.6 Позиционирование.
Головки крепятся к поворотному позиционеру, напоминающего по виду башенный кран. В непосредственной близости к головкам, в гермоблоке, находиться микросхема коммутатора и предусилитель сигнала. Позиционер посажен на ось, с одной столоны которой, находятся обращенные к дискам тонкие, длинные и легкие несущие магнитных головок, а с другой - короткий и более массивный хвостовик с обмоткой электромагнитного привода. При поворотах коромысла позиционеpа головки совеpшают движение по дуге между центром и периферией дисков. Обмотку позиционеpа окружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подаче в обмотку тока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться в соответствующую сторону с соответствующим ускорением, изменяя ток в обмотке, можно устанавливать позиционер в любое положение. Такая система привода получила название Voice Coil (звуковая катушка) - по аналогии с диффузором громкоговорителя.
В накопителях с соленоидным двигателем (звуковой катушкой), для размещения сервисной информации, необходимой для позиционирования магнитных головок, используется служебная информация (СИ) встроенная в формат. При этом количество сервометок на всех дорожках одинаково и отличается от модели к модели. В таких накопителях формат не привязан к сервометкам и дорожку можно отформатировать на различное количество секторов. Причем когда встречается сервометка, физический формат прерывается (даже если встречается поле данных) и продолжается только после ее идентификации.
Магнитные головки, постоянно считывает сервисную информацию. СИ усиленная и отфильтрованная поступает в серводемодулятор, где расшифровывается и затем определяется действительное положение блока магнитных головок. На основании полученной информации подается воздействие на устройство управления соленоидным двигателем. Таким образом осуществляется слежение с помощью устройства тонкой регулировки. Для перехода на другую дорожку, управляющий микропроцессор подает команду сервоконтроллеру, в которой указывается номер необходимой дорожки. На основании этого сервоконтроллер передает код необходимого токового импульса в схему управления позиционированием. После перемещения включается система тонкого регулирования, для точной подстройки на дорожку. При выполнении операций записи/чтения, для того чтобы не была затерта сервометка, сигнал записи в канал поступает от сервоконтроллера только после того, как полностью считана и идентифицирована сервометка.
2.7 Канал считывания/записи.
Вся поверхность на дисках разделена на дорожки, те в свою очередь, на сектора. Запись и чтение осуществляется посекторно. На емкость диска оказывает влияние применяемый способ записи. В старых дисках применяется метод модифицированной частотной модуляции MFM (Modified Frequency Modulation), в более новых моделях — метод RLL (Run Length Limited) и ARLL (Advanced RLL - улучшенный RLL) .
Метод MFM (Modified Frequency Modulation - модифицированная частотная модуляция) используется для записи на гибкие диски, а также - в ранних винчестерах для PC XT. При использовании этого метода на одну дорожку винчестера записывается 17 секторов по 512 байт каждый.
Метод RLL (Run Length Limited - ограниченная длина серии) использует более плотную упаковку данных при записи, повышая объем информации на дорожке примерно на 50%. Кодирование производится таким образом, чтобы длина серии нулей не выходила за пределы заданных параметров; обычно минимум равен двум, а максимум - семи. Соответственно, метод часто обозначается как RLL (2,7). На дорожку записывается до 27 секторов. Суть RLL состоит в следующем: каждый входящий байт, состоящий из 8 бит, разделяется на две 4-х битные части, затем каждая из частей преобразуется в специальный 5-битный код. Особенность этого кода в том, что каждое число в нем содержит минимум одно изменение направления потока. Использование такого метода дает возможность отказаться от синхроимпульсов и тем самым повысить плотность записи и скорость считывания.
Метод ARLL (Advanced RLL - улучшенный RLL) - дальнейшее развитие RLL в сторону повышения плотности упаковки. Обычно применяется с параметрами (1,7) и (3,9). На дорожку записывается 34 и более сектора.
Также, в современных винчестерах, применяется эффективный, хотя и сложный в реализации метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood), что можно перевести как метод максимального правдоподобия при частично перекрывающемся отклике от соседних дорожек. Дорожки расположены так близко, что головка считывает сигналы от нескольких соседних дорожек сразу, а затем на основе методов теории вероятностей выделяется сигнал от нужной дорожки по критерию максимума функции правдоподобия, которая на лету вычисляется специализированным процессором цифровой обработки сигналов, установленным на плате управления диском. При этом плотность записи повышается еще на 40-50%.
Важной особенностью современных HDD является применение зонно-секционной записи, при которой все дисковое пространство разбивается на зоны и в каждой зоне записывается определенное количество секторов на дорожку. Количество зон может достигать 20, а количество секторов в зонах, в зависимости от емкости, колеблется от 90 - 140 в самой первой зоне и плавно уменьшается до последней, где может достигать 40 - 70. Такой метод еще называют методом с постоянной плотностью записи. Естественно, что канал считывания/записи такого накопителя должен работать на различных частотах, при этом первая зона работает на самой высокой частоте и обеспечивает наибольшую скорость считывания данных.
2.8 Электронные компоненты винчестера.
Плата электроники, подключается к геpмоблоку через один или два разъема. На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с программой, рабочее ОЗУ, которое обычно используется и в качестве дискового буфера, цифровой сигнальный процессор для подготовки записываемых и обработки считанных сигналов, и интерфейсная логика. Программа процессора состоит из модулей и может полностью быть записана в отдельную микросхему ПЗУ или в масочное ПЗУ процессора. Определенная часть кода может быть записана в служебной области диска. Параметры накопителя (модель, серийный номер, адаптивы, таблица сбойных секторов и т.п.) хранятся также в виде модулей на дисках, в служебной области или в электрически репрограммируемом ПЗУ. Многие винчестеры имеют на плате электроники специальный технологический интерфейс с разъемом, через который при помощи стендового оборудования можно выполнять различные сервисные операции с накопителем - тестирование, форматирование, переназначение дефектных участков и т.п.