Четящи глави
Михаил Тичков известен още като Хард
Добър ден.
Както знаете, твърдият диск се състои от много сложни устройства и механизми. Сега се интересуваме само от главите за четене / запис, както и от задвижващата система и тяхното управление. Нека да представим дисковете и главите схематично, както следва:
Всяка повърхност на всеки диск има собствена глава. Когато компютърът е изключен, главите лежат на външния ръб на дисковете, в зоната, където няма информация. С включването на компютъра главите се вдигат. Средното работно разстояние от повърхността на диска до главата е средно приблизително 0,1 µm. Съгласете се, разстоянието е малко. Ако вземем предвид факта, че работното покритие на дисковете е много крехко (опитах се да го надраскам с отвертка), а скоростта на въртене е много висока (7200 об / мин и по-висока), тогава стават ясни високите изисквания на производителите за точност при използване на твърди дискове. Винтът е най-уязвим при работа, макар че ще ви кажа, че съм виждал компютър с вдлъбнатина на корпуса от ритник по време на работа. И нищо, винтът оцеля! Но това е така, от живота. Като цяло твърдите дискове използват много системи и техники за удължаване на живота си. Ето поне такава функция: главите не докосват дисковете по време на работа, но между тях се появява въздушна възглавница, ако главата виси над една песен за дълго време в очакване на следващата команда, след определено време автоматично главите ще бъдат преместени на произволно избрана, но вече друга песен. Това се прави, за да се избегне износване на повърхността на диска поради въздушно триене.
Има няколко вида глави. Ето ги:
3. С метал в пролуката.
Ще се опитам да разкажа за всички видове повече или по-малко подробности.
Електромагнитна.
Този тип глава е използван в първия твърддискове. Главите бяха навити сърцевини. С нарастващите изисквания за плътност на запис такива глави загубиха своята релевантност и техните размери оставиха много да се желае. Но въпреки всичко електромагнитните глави издържаха доста дълго време. Няма да се спирам повече на тях.
Ферит.
Този тип глави са направени от пресован ферит, направен от железен оксид. След това се появиха стъклени феритни глави, които също бяха наречени композитни. Разликата беше, че феритната сърцевина беше затворена в керамичен корпус. Този дизайн направи възможно увеличаването на плътността на пистите (ширината на феритното ядро намаля). Опростеният принцип на работа е следният: когато токът тече през намотката, в пролуката се появява магнитно поле. Когато силата на полето се промени в близост до междината, в намотката се индуцира електродвижеща сила. Феритните глави са използвани за първи път от IBM през 1966 г. По принцип това е всичко.
С метал в пролуката (MIG).
Смешно име, напомня ми нещо като "с пирон в главата" (MIG - Metal-In-Gap, което буквално означава метал в пролуката). Но това име се появи с причина и идва от дизайнерските характеристики. Този тип е разработен от композитни глави. Разликата е, че в неработещата, обратна повърхност на диска, празнината е запълнена с метал, което намалява склонността на материала на сърцевината към магнитно насищане. От своя страна това дава възможност да се увеличи магнитната индукция в пролуката между главата и диска. Такива глави образуват магнетизирани области с по-изразени граници на повърхността на диска, което позволява използването на по-тънък филмов слой. В допълнение, по-ярките граници на обекта намаляват дължината на преходните зони от знак към знак (зона за промяна на знака) и следователноувеличаване на плътността. Впоследствие се появиха двуслойни глави MIG, в които металът беше отложен от двете страни на сърцевината, тоест в неработещите и работните междини. Тази функция позволи да се подобри качеството на еднослойните глави. Трябва да се отбележи, че в MIG главите сърцевината е по-малка, отколкото във феритните, което означава, че масата на самите глави е по-малка и това позволява да се намали разстоянието между дисковете и главите.
Тънък филм (TF).
Първите тънкослойни глави се появяват през 1979 г. Thin Film Heads (така звучи пълното име на английски) направиха малка революция в главите за четене / запис, тъй като бяха произведени чрез фотолитография (същият принцип се прилага при производството на интегрални схеми). Това ви позволява драстично да намалите размера на главите и да намалите теглото им. Освен това нов тип дизайн направи възможно промяната на разстоянието между главата и диска чрез изграждане на слоеве от алуминиева сплав върху работната повърхност на главата. Намаляването на празнината води до увеличаване на остатъчната устойчивост и увеличава съотношението сигнал/шум, тъй като амплитудата на сигнала се увеличава. В допълнение, алуминиевата сплав предотвратява повреда на главата на повърхността на диска. Голямото предимство на TF-главите е намаляването на зоната за промяна на знака, което позволява да се увеличи плътността на запис.
Магниторезистивен (MR).
Тези глави се появиха през 1990 г. благодарение на инженерите от IBM (навсякъде, където плюете, навсякъде IBM). Всъщност MR (магниторезистивните) глави са симбиоза от два вида глави: магниторезистивната част е предназначена за четене, а индуктивната тънкослойна част е за запис. Защо така? Токът протича през главата на MR, когато главата преминава през области на диска с различни стойности на намагнитване, нейното съпротивление се променя. И когато се променисъпротивление, токът също се променя. Това е всичко (в опростена версия, разбира се). Използването на два вида глави изисква използването на система за промяна на празнините по време на работа. Факт е, че за писане разликата трябва да е по-голяма, отколкото за четене. Това донякъде усложни дизайна, но лентата на запис по време на запис се оказва малко по-широка от необходимото за четене, което означава, че шумът от съседни песни намалява при четене.
Сега нека поговорим за главите на задвижването. Самите глави за четене / запис са монтирани на лостове, които ги движат над повърхността на дисковете. Лостовете от своя страна се задвижват от задвижване.
Има два вида задвижване:
-
1. Стъпков двигател.
2. Подвижна намотка.
Стъпков двигател.Ако вземете такъв двигател в ръцете си и го завъртите около оста, можете да почувствате щраквания. Това са стъпките, тоест двигателят се завърта на една стъпка (от щракване до щракане) на даден ъгъл. На интелигентен език, роторът на стъпковия двигател се върти на стъпки. При завъртане на задвижването на една стъпка, лостът премества главата от една писта на друга.
Недостатъкът на такова задвижване е, че роторът на двигателя може да спре само във фиксирани позиции. Но при нагряване дисковете се увеличават, което означава, че пистите се изместват от първоначалното си положение. И тук започват хемороидите, защото един стъпков двигател може само да движи глави от писта на писта, но не може да компенсира термичното разширение. Честно да ви кажа, стъпковите двигатели в четящите/записващите глави на твърдия диск са анахронизъм. Все още трябва да търсим такива винтове сега.
Движеща се намотка.Тук всичко е изключително просто по отношение на движението: има магнити,има бобина. Когато се подава ток през намотката, тя започва да се движи. Към него са прикрепени лостове с глави. Ясно е, че такова задвижване няма фиксирани позиции, но има система за позициониране, която използва сигнал за обратна връзка от главата. След това задава желания ъгъл на въртене или разстояние за движение.
Защо го казах? Но тъй като има два вида движещи се намотки: линейни и ротационни. В линейна намотка главите се движат по радиуса на дисковете в права линия. Недостатъкът на такива дискове е, че те са доста обемисти и тежки. Предимства: няма нужда да се взема предвид азимута (ъгълът между равнината на работната междина и посоката на записващата писта). Но в ротационната намотка лостовете се движат по диска под определен ъгъл. Тъй като ъгълът между главите и пистите на диска постоянно се променя, той трябва постоянно да се взема предвид. И това вече е недостатък. Но такова задвижване е по-леко и по-бързо. Почти всички съвременни твърди дискове използват задвижване с въртяща се бобина.
И накрая нещо за обратната връзка. За позициониране на главите се използват специални серво кодове, написани с кода на Грей (това е, когато само един бит се променя при преминаване от едно число към следващо, същото се случва при преминаване към предишното число). Първоначално тези серво кодове бяха записани в един клин. Ясно е, че такова разположение забавя работата на винта, тъй като за да се прочете следващият серво код, е необходимо да се изчака, докато дисковете направят оборот. Затова те започнаха да използват вградени серво кодове. Всъщност те са написани преди началото на всеки сектор. Сега няма нужда да чакате цял ред, което значително увеличи производителността на твърдите дискове. Има и система със специален диск. Смисълът е тукЕто какво: едната повърхност на диска е предназначена за запис на данни, а втората - за серво кодове и друга сервизна информация. Главите работят по двойки. Ще добавя, че сервокодовете се записват от производителя на твърдия диск и не се изтриват дори при форматиране на ниско ниво.