Woraus besteht eine Festplatte? Ausführlich und einfach über die Festplatte, auch HDD (Hard Disk Drive) genannt. Wie funktioniert eine Computerfestplatte?

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TEIL I. Wiederherstellen von Dateien von Ihrer Festplatte

KAPITEL 1. WIE EINE FESTPLATTE FUNKTIONIERT UND WIE DATEN AUF IHR GESPEICHERT WERDEN

Ein wenig über das Festplattendesign. Gemeinsam genutztes Festplattengerät

Was ist eine Festplatte (genau genommen eine Festplatte)? Wenn Sie keine Gelegenheit hatten, es zu sehen, nehmen wir an, dass es von außen wie ein einzelner Metallblock aussieht. Darüber hinaus ist es sehr langlebig und absolut dicht. Tatsache ist, dass die Technologie der Scheibe so empfindlich ist, dass selbst kleinste Fremdpartikel, die ins Innere gelangen, ihren Betrieb völlig stören können. Um einer Krisensituation vorzubeugen, wurde zusätzlich ein Reinigungsfilter auf der Festplatte platziert. Das Festplattengehäuse dient auch als Abschirmung gegen elektrische Störungen. Tatsächlich besteht eine Festplatte aus zwei Hauptteilen – Mechanik und Elektronik. Die Basis des mechanischen Teils bilden Platten (Scheiben) mit runder Form. Tatsächlich kann es sein, dass es nur eine Festplatte gibt. Es hängt alles von der Kapazität der Festplatte insgesamt ab. Einer Version zufolge erhielt die Festplatte den Namen „Winchester“ dank des Unternehmens, das 1973 das Festplattenmodell 3340 auf den Markt brachte, das erstmals Plattenteller und Leseköpfe in einem einteiligen Gehäuse vereinte. Bei der Entwicklung verwendeten die Ingenieure die interne Kurzbezeichnung „30-30“, was zwei Module (in der Maximalkonfiguration) mit jeweils 30 MB bedeutete. Kenneth Houghton, der Projektleiter, schlug in Anlehnung an die Bezeichnung des beliebten Jagdgewehrs „Winchester 30-30“ vor, diese Scheibe „Winchester“ zu nennen. In Europa und den USA wurde der Name „Winchester“ in den 1990er Jahren nicht mehr verwendet, aber in der russischen Sprache blieb er erhalten und erhielt einen halboffiziellen Status, und im Computer-Slang wurde er auf die Wörter „vint“ (am meisten) reduziert gängige Version), „Vinch“ und „Besen“. Unabhängig davon, welches Material als Basis der Platte verwendet wird, ist sie mit einer dünnen Schicht einer Substanz bedeckt, die die Restmagnetisierung beibehalten kann, nachdem sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt wurde. Diese Schicht wird Arbeits- oder Magnetschicht genannt und darin werden die aufgezeichneten Informationen gespeichert. Die häufigsten Arten von Arbeitsschichten sind:
OXID;
dünner Film;
doppelt antiferromagnetisch (AFC)

Derzeit gibt es Festplatten, die aus vier oder mehr Platten bestehen. Die Zusammensetzung der Scheiben kann variieren. Sie bestehen aus Aluminium, Glas oder Keramik. Die letzten beiden Verbindungen sind praktischer, aber sehr teuer und werden daher zur Herstellung von „Elite“-Festplatten verwendet. Nach der Herstellung werden die Platten mit einer Schicht aus ferromagnetischem Material beschichtet. Seit der Erfindung der ersten Festplatten wird hier Eisenoxid verwendet. Diese Substanz hatte jedoch einen erheblichen Nachteil. Mit diesem Ferromagneten beschichtete Scheiben hatten eine geringe Verschleißfestigkeit. In diesem Zusammenhang verwenden die meisten Hersteller derzeit Chromkobalt als Beschichtung für Platten. Die Verschleißfestigkeit dieses Stoffes ist um eine Größenordnung höher als die des seit Jahren verwendeten Ferromagneten. Darüber hinaus ist diese Beschichtung deutlich dünner, da sie durch Sputtern aufgetragen wird, was die Aufzeichnungsdichte deutlich erhöht. Das ferromagnetische Material wird auf beiden Seiten der Festplatte aufgebracht, sodass die Daten auch auf beiden Seiten platziert werden. Die Platten werden im gleichen Abstand zueinander auf die Spindel gelegt und bilden so einen Stapel aus ihnen. Unter den Scheiben befindet sich ein Motor, der sie dreht. Auf beiden Seiten der Platten befinden sich Schreib-/Leseköpfe. Sie sind so konzipiert, dass sie sich vom Rand der Scheibe bis zur Mitte bewegen. Dafür ist ein speziell dafür vorgesehener Motor verantwortlich. Elektronik ist eine Platine, auf der verschiedene für den Betrieb der Festplatte „notwendige“ Elemente untergebracht sind, wie z. B. ein Prozessor, ein Steuerprogramm, ein RAM, ein Schreib-/Leseverstärker und andere. Jede Seite der Platte ist in Spuren unterteilt. Sie sind wiederum in Sektoren unterteilt. Alle Spuren gleichen Durchmessers auf allen Flächen bilden einen Zylinder. Moderne Festplatten verfügen über einen „technischen Zylinder“. Es enthält Serviceinformationen (Festplattenmodell, Seriennummer usw.), die zum weiteren Lesen durch einen Computer bestimmt sind.

Damit die Festplatte einsatzbereit war, musste der Benutzer bisher eine sogenannte Low-Level-Formatierung durchführen. Es gab sogar einen entsprechenden Eintrag im BIOS. Nun erfolgt diese Kennzeichnung direkt bei der Herstellung von Festplatten. Tatsache ist, dass bei der Low-Level-Formatierung Servoinformationen aufgezeichnet werden. Es enthält spezielle Markierungen, die erforderlich sind, um die Drehzahl der Spindel zu stabilisieren, die Köpfe nach den erforderlichen Sektoren zu durchsuchen und auch die Position der Köpfe auf der Oberfläche der Platten zu überwachen. Wenn Sie denken, dass „schlechte“ Sektoren auf einer Festplatte nur während des Betriebs sichtbar werden, dann irren Sie sich. Jede neu erstellte Festplatte weist bereits einen fehlerhaften Block auf. Bei der Low-Level-Formatierung werden diese Blöcke erkannt und in eine spezielle Neuzuweisungstabelle geschrieben. Anschließend ersetzt der Festplattencontroller im laufenden Betrieb die fehlerhaften Einheiten durch funktionsfähige Einheiten, die in der Produktion speziell für solche Zwecke reserviert werden. Bei Festplattenlaufwerken werden Daten aus konzentrischen Kreisen rotierender Magnetplatten (Spuren), die in 512-Byte-Sektoren unterteilt sind, auf universelle Schreib-/Leseköpfe geschrieben und von diesen gelesen. Eine Spur ist ein „Ring“ von Daten auf einer Seite der Festplatte. Eine Aufnahmespur auf einer Disc ist zu groß, um als Speichereinheit verwendet zu werden. In vielen Laufwerken beträgt die Kapazität mehr als 100.000 Bytes, und die Zuweisung eines solchen Blocks zum Speichern einer kleinen Datei ist äußerst verschwenderisch. Daher sind die Spuren auf der Festplatte in nummerierte Abschnitte, sogenannte Sektoren, unterteilt.

Wie eine Festplatte funktioniert

Aufgrund seiner Besonderheit kommt es beim Betrieb der Festplatte nicht zu einem direkten Kontakt der Magnetköpfe mit der Plattenoberfläche. Man kann es auch anders sagen: Der Kontakt ist „wie der Tod“. Das Design der Köpfe ist so gestaltet, dass Sie über der Plattenoberfläche „schweben“ können. Der Motor dreht die Spindel mit einer solchen Geschwindigkeit (bis zu 15.000 U/min), dass aus den rotierenden Scheiben ein starker Luftstrom entsteht. Dadurch entsteht ein Luftpolstereffekt. Der Spalt zwischen den Köpfen und Scheiben beträgt einen Bruchteil eines Mikrometers. Allerdings ist, wie oben erwähnt, ein Kontakt der Köpfe mit der Oberfläche nicht akzeptabel. Aber es gibt Stromausfälle, sagen Sie. Ja natürlich. Für diesen Fall wurde die sogenannte „Parkzone“ erfunden. Und wenn eine Situation eintritt, in der die Spindeldrehzahl unter den zulässigen Grenzwert sinkt (im Normalbetrieb oder im Notbetrieb bei Stromausfall), der vom Festplattenprozessor ständig überwacht wird, werden die Köpfe auf denselben Parkplatz verbannt Zone. Die Zone befindet sich an der Spindel selbst, wo keine Informationen aufgezeichnet werden, sodass die Magnetköpfe problemlos auf der Oberfläche der Platte „liegen“ können. Wie wird die Festplatte „gestartet“? Kurz gesagt, es geht ungefähr so. Sobald die Festplatte mit Strom versorgt wird, beginnt ihr Prozessor, die Elektronik zu testen und startet bei positivem Ergebnis den Motor, der die Platten dreht. Mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit entsteht ein Luftpolstereffekt, der die Magnetköpfe aus der Parkfläche anhebt. Wenn die Geschwindigkeit den erforderlichen Wert erreicht, verlassen die Köpfe die Parkzone und „suchen“ mithilfe der Steuerung nach Servos, um die Rotationsgeschwindigkeit zu stabilisieren. Anschließend werden die „schlechten“ Sektoren neu zugewiesen und die Kopfpositionierung überprüft. Ist die geleistete Arbeit positiv, geht der Festplattencontroller in den Betriebsmodus. Natürlich geht der mechanische Prozess einer Festplatte tiefer, wenn man ihn genauer betrachtet, wir möchten ihn aber nicht im Detail beschreiben. Die Hauptsache ist, dass Sie die Grundprinzipien des Mechanismus der Interaktion von Köpfen mit Platten verstehen. Wenn sich jemand für die Details dieses Prozesses interessiert, dann wurden zu diesem Thema zahlreiche Materialien erstellt. Und wir kommen zu einem anderen Teil des Festplatten-Workflows – der Technologie zum Lesen/Schreiben von Daten.

Technologien zum Lesen/Schreiben von Daten auf einer Festplatte

Das Lesen/Schreiben von Informationen auf die Festplatte erfolgt mithilfe von Magnetköpfen, deren Bewegungsprinzip oben erläutert wurde. Wenn Sie noch ein gutes altes Tonbandgerät besitzen, ist die Methode zum Aufzeichnen/Lesen von Ton auf/von einem Magnetband identisch mit der Methode, die wir uns vorstellen. Die Daten werden in elektrischen Wechselstrom umgewandelt, der dem Magnetkopf zugeführt und anschließend in ein Magnetfeld umgewandelt wird, mit dessen Hilfe die gewünschten Bereiche der Magnetplatte magnetisiert werden. Wir wissen bereits, dass die Festplattenplatten mit einer ferromagnetischen Schicht bedeckt sind. Ein separat ausgewählter Bereich dieser Beschichtung kann auf zwei Arten magnetisiert werden. Auf die eine Weise bedeutet Magnetisierung Null, auf andere Weise Eins. Ein solcher separat magnetisierter Bereich wird Domäne genannt. Es handelt sich um einen Minimagneten mit einer bestimmten Ausrichtung des Süd- und Nordpols. Durch die Beeinflussung einer bestimmten Domäne mit einem äußeren Magnetfeld (Magnetkopf) wird diese Korrespondenz akzeptiert. Wenn der Einfluss des äußeren Feldes aufhört, erscheinen auf der Oberfläche Zonen mit Restmagnetisierung. Damit sind die auf der Festplatte gespeicherten Informationen gemeint. Ich möchte darauf hinweisen, dass die Datenaufzeichnungsdichte, also die Festplattenkapazität selbst, von der Größe der Domäne abhängt. Seit langem sind zwei Technologien zum Aufzeichnen von Informationen auf einer Festplatte bekannt: parallel und senkrecht. Obwohl die zweite Aufnahmemethode produktiver ist, ist sie hinsichtlich der technologischen Auflösung etwas komplexer. Daher verwendeten und verbesserten die Hersteller die Parallelmethode, bis sie an ihre physikalischen Grenzen stieß. Wenn wir die Technologie der parallelen Aufzeichnung kurz beschreiben, dann ist sie wie folgt. Die Magnetisierung der Domänen verläuft parallel zur Scheibenebene. Jeder hat sich wahrscheinlich schon in der Kindheit mit Magneten beschäftigt und weiß daher, dass sie sich gegenseitig anziehen, wenn sie mit unterschiedlichen Polen (blau und rot) einander zugewandt sind. Und umgekehrt, wenn man versucht, sie mit gleichfarbigen Seiten zusammenzudrücken, wird ein solcher Versuch nie von Erfolg gekrönt sein. Bei der Verwendung dieser Technologie entsteht an den Grenzen benachbarter Domänen ein Streufeld, das ihren Magnetfeldern die Energie entzieht. Dadurch werden die äußeren Teilchen der Domänen weniger stabil und der Einfluss thermischer Schwankungen auf ihre magnetische Ordnung nimmt zu. Bei der senkrechten Aufnahmetechnik liegt die Magnetisierung der Domänen in einem Winkel von 90° zur Plattenebene. Dadurch verschwindet der Effekt der Abstoßung unipolarer Nachbardomänen, da in dieser Anordnung die magnetisierten Teilchen einander mit unterschiedlichen Polen zugewandt sind. Dadurch wird im Vergleich zur parallelen Aufzeichnungstechnologie die Größe des domänenübergreifenden Speicherplatzes reduziert, was auch die Kapazität der Festplatten erhöht. Dieses Aufzeichnungsverfahren erfordert jedoch die Verwendung einer komplexeren Zusammensetzung der Magnetschicht. Unter der dünnen Schutzschicht befindet sich eine Aufzeichnungsschicht, die aus einer oxidierten Legierung aus Kobalt, Platin und Chrom besteht. Das Substrat besteht aus zwei Schichten komplexer chemischer Zusammensetzung, sogenannten antiferromagnetisch gekoppelten Schichten. Sie sind diejenigen, die es Ihnen ermöglichen, die internen Magnetfeldstärken zu entfernen. Darüber hinaus erfordert die senkrechte Aufzeichnung die Verwendung anderer magnetischer Tags, die ein stärkeres Magnetfeld erzeugen können. Die Dichte der senkrechten Aufzeichnung beträgt 500 Gbit/in2. Dadurch wird es möglich, Festplatten mit einer Kapazität von mehreren Terabyte herzustellen. Die Wissenschaft steht jedoch nicht still und die Entwicklung neuer Technologien ist bereits in vollem Gange. Eine davon heißt HAMR (Heat Assistant Magnetic Recording). Diese Technologie ist ein Nachfolger der Senkrechten Aufzeichnung und zielt darauf ab, diese zu verbessern. In diesem Fall erfolgt die Aufzeichnung unter Vorwärmung mittels Laser. Die Erwärmung erfolgt innerhalb einer Pikosekunde, wobei die Temperatur 100 °C erreicht. In diesem Fall erhalten die magnetischen Partikel der Domäne mehr Energie, sodass bei der Felderzeugung keine hohe Intensität erforderlich ist. Und hohe Energie sorgt für eine erhöhte Stabilität der aufgezeichneten Informationen. Auch hier ist der Einsatz dieser Technologie ohne den Einsatz von Materialien mit hoher Anisotropie nicht möglich. Geeignete Legierungen hierfür sind jedoch zu teuer. Darüber hinaus sind für die thermomagnetische Aufzeichnung zwei separate Köpfe erforderlich. Sie müssen auch darauf achten, wie Sie die Wärme von den Festplatten abführen. Ein großer Beweggrund für die Verwendung der thermomagnetischen Aufzeichnung ist jedoch die Tatsache, dass Sie mit dieser Technologie eine Aufzeichnungsdichte von bis zu 1 Tbit/in2 erreichen können

Wie Daten auf einer Festplatte gespeichert werden

Die kleinste Informationseinheit, mit der das Festplattenverwaltungssystem arbeitet, wird als Sektor bezeichnet. In den allermeisten modernen Medien entspricht ein Sektor 512 Bytes. Das derzeit verwendete Sektoradressierungssystem heißt LBA (Logical Block Addressing). Gleichzeitig kann für Festplatten mit geringer Kapazität oder aus Gründen der Abwärtskompatibilität mit älteren Geräten das CHS-Adressierungssystem verwendet werden. Die Abkürzung CHS steht für „Cylinder, Head, Sector“ – Zylinder, Kopf, Sektor. Aus dem Namen geht die Bedeutung dieser Art der Adressierung klar hervor, da sie an Teile des Festplattengeräts gebunden ist. Der Vorteil von LBA gegenüber CHS besteht darin, dass beim zweiten die maximale Anzahl adressierbarer Sektoren begrenzt ist, quantitativ gesehen 8,4 Gigabyte, bei LB A gibt es diese Einschränkung nicht. Der erste Sektor der Festplatte (oder besser gesagt Null) wird MBR (Master Boot Record) oder Master Boot Record genannt. Am Anfang dieses Sektors befindet sich Code, bei dem das grundlegende Eingabe-/Ausgabesystem des Computers beim Booten die Steuerung überträgt. Dieser Code übergibt anschließend die Kontrolle an den Betriebssystem-Loader. Ebenfalls im Sektor 0 befindet sich die Festplattenpartitionstabelle. Ein Abschnitt repräsentiert einen bestimmten Bereich von Sektoren. In die Tabelle wird ein Datensatz über die Partition mit der Nummer ihres Startsektors und ihrer Größe eingetragen. In der Partitionstabelle können insgesamt vier solcher Einträge vorhanden sein. Die Partition, deren Eintrag sich in der Partitionstabelle des Sektors Null befindet, wird als primär bezeichnet. Aufgrund der oben genannten Einschränkungen können maximal vier solcher Partitionen auf einer Festplatte vorhanden sein. Einige Betriebssysteme werden nur auf primären Volumes installiert. Ist die Verwendung weiterer Partitionen erforderlich, wird ein Eintrag über die erweiterte Partition in die Tabelle eingetragen. Bei diesem Partitionstyp handelt es sich um einen Container, in dem logische Partitionen erstellt werden. Es kann eine unbegrenzte Anzahl logischer Volumes geben. In Windows-Betriebssystemen ist die Anzahl gleichzeitig verbundener Volumes jedoch durch die Anzahl der Buchstaben des lateinischen Alphabets begrenzt. Diese drei Partitionstypen verfügen über den breitesten Zugriffspunkt, werden von den meisten Betriebssystemen unterstützt und sind am weitesten verbreitet. Tatsächlich sind dies die Arten von Partitionen, die zu Hause oder auf der Ebene von Client-Computern von Organisationen zu finden sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Partitionstypen auf diese drei Typen beschränkt sind. Es gibt eine große Anzahl spezialisierter Partitionen, die jedoch auch Primärvolumes als Container nutzen. Einer Partition wird lediglich Speicherplatz auf einer Festplatte zugewiesen. Um darin beliebige Informationen zu speichern und die Datenspeicherstruktur zu organisieren, muss ein Dateisystem erstellt werden. Dieser Vorgang wird als Partitionsformatierung bezeichnet. Es gibt sehr viele Arten von Dateisystemen; Windows-Betriebssysteme verwenden FAT/NTFS; Betriebssysteme, die auf dem Linux-Kernel basieren, verwenden Ext2/3FS und Swap. Es gibt viele Dienstprogramme für den plattformübergreifenden Zugriff auf verschiedene Dateisysteme von Betriebssystemen, die diese nicht nativ unterstützen (z. B. die Möglichkeit, von Windows aus auf Linux-Partitionen zuzugreifen und umgekehrt). Einige Dateisysteme wie FAT/NTFS arbeiten mit größeren Datenstrukturen auf der Festplatte, die als Cluster bezeichnet werden. Ein Cluster kann eine beliebige Anzahl von Sektoren umfassen. Die Manipulation der Clustergröße bringt zusätzliche Vorteile für die Dateisystemleistung oder den freien Speicherplatzverbrauch. Somit ergibt sich die folgende logische Datenspeicherstruktur: Die Festplatte ist in Partitionen unterteilt (Informationen zu dieser Partition werden im sogenannten Master Boot Record gespeichert) – sie heißen C:, D:, E: usw., für jedes Das Dateisystem wird auf der Partition installiert (als Ergebnis der Formatierung der Partition). Das Dateisystem enthält Informationen darüber, wie der Speicherplatz einer Partition (logischer Datenträger) begrenzt ist und wo sich welche Dateien darauf befinden. Nun, dann speichert die Partition Dateien, die in eine bestimmte Anzahl von Clustern unterteilt sind und physisch eine bestimmte Anzahl von Sektoren belegen, in die die Festplattenspuren unterteilt sind. Das Dateisystem weist allen Sektoren eigene Adressen zu und speichert dann seine Dateien unter diesen Adressen, wobei es in seiner Tabelle die Adressen von Clustern (Clusterbereichen) aufzeichnet, die zu bestimmten Dateien gehören.

Festplatten

Wird von einem Studenten durchgeführt
Gruppen 40-101B.
Karimov K.R.
Lehrer:
Usov P.A.

1. Das Funktionsprinzip einer Festplatte.. 3

2. Festplattengerät. 5

3. Festplattenbetrieb. 10

4. Lautstärke, Geschwindigkeit und Zugriffszeit. 12

5. Festplattenschnittstellen. 14

6. Externe Festplatten. 16

Wie eine Festplatte funktioniert

Eine Festplatte ist eines der fortschrittlichsten und komplexesten Geräte eines modernen Personalcomputers. Seine Festplatten können viele Megabyte an Informationen speichern, die mit enormer Geschwindigkeit übertragen werden. Während die meisten Computerkomponenten lautlos arbeiten, grunzt und knarzt die Festplatte und ist damit eines der wenigen Computergeräte, das sowohl mechanische als auch elektronische Komponenten enthält.

Die grundlegenden Funktionsprinzipien einer Festplatte haben sich seit ihrer Einführung kaum verändert. Das Gerät einer Festplatte ist einem gewöhnlichen Plattenspieler sehr ähnlich. Nur unter dem Körper können mehrere Platten auf einer gemeinsamen Achse montiert sein, und die Köpfe können Informationen von beiden Seiten jeder Platte gleichzeitig lesen. Die Rotationsgeschwindigkeit der Platten (bei einigen Modellen erreicht sie 15.000 U/min) ist konstant und eines der Hauptmerkmale. Der Kopf bewegt sich in einem bestimmten festen Abstand von der Oberfläche entlang der Platte. Je kleiner dieser Abstand ist, desto genauer ist das Lesen der Informationen und desto höher kann die Informationsaufzeichnungsdichte sein. Wenn Sie sich die Festplatte ansehen, sehen Sie lediglich ein robustes Metallgehäuse. Es ist vollständig versiegelt und schützt das Laufwerk vor Staubpartikeln, die, wenn sie in den engen Spalt zwischen Kopf und Plattenoberfläche gelangen, die empfindliche Magnetschicht beschädigen und die Platte beschädigen können. Darüber hinaus schirmt das Gehäuse das Laufwerk vor elektromagnetischen Störungen ab. Im Inneren des Gehäuses befinden sich alle Mechanismen und einige elektronische Komponenten. Die Mechanismen sind die Platten selbst, auf denen Informationen gespeichert sind, die Köpfe, die Informationen auf die Platten schreiben und lesen, und die Motoren, die alles in Bewegung setzen. Die Scheibe ist eine runde Platte mit sehr glatter Oberfläche, meist aus Aluminium, seltener aus Keramik oder Glas, beschichtet mit einer dünnen ferromagnetischen Schicht. Die Scheiben sind gefertigt. Viele Laufwerke verwenden eine Eisenoxidschicht (die normales Magnetband überzieht), aber die neuesten Festplatten verwenden eine etwa zehn Mikrometer dicke Kobaltschicht. Diese Beschichtung ist haltbarer und ermöglicht darüber hinaus eine deutliche Erhöhung der Aufzeichnungsdichte. Die Technologie seiner Anwendung ähnelt der bei der Herstellung integrierter Schaltkreise verwendeten Technologie.

Die Anzahl der Scheiben kann unterschiedlich sein – von eins bis fünf, die Anzahl der Arbeitsflächen ist entsprechend doppelt so groß (zwei auf jeder Scheibe). Letzteres bestimmt (sowie das verwendete Material der magnetischen Beschichtung) die Kapazität der Festplatte. Manchmal werden die Außenflächen der Außenscheiben (oder eine davon) nicht genutzt, wodurch die Höhe des Antriebs reduziert werden kann, gleichzeitig aber auch die Anzahl der Arbeitsflächen reduziert wird und möglicherweise ungerade ausfällt.

Magnetköpfe lesen und schreiben Informationen auf Datenträger. Das Aufnahmeprinzip ähnelt im Allgemeinen dem eines herkömmlichen Tonbandgeräts. Digitale Informationen werden in einen elektrischen Wechselstrom umgewandelt, der dem Magnetkopf zugeführt und dann an die Magnetplatte übertragen wird, jedoch in Form eines Magnetfelds, das die Platte wahrnehmen und „merken“ kann. Die magnetische Beschichtung der Scheibe besteht aus vielen winzigen Bereichen spontaner Magnetisierung. Stellen Sie sich zur Veranschaulichung vor, dass die Scheibe mit einer Schicht sehr kleiner Kompasspfeile bedeckt ist, die in verschiedene Richtungen zeigen. Solche Pfeilpartikel werden Domänen genannt. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes richten sich die domäneneigenen Magnetfelder entsprechend ihrer Richtung aus. Nach Beendigung des äußeren Feldes bilden sich auf der Oberfläche der Scheibe Zonen mit Restmagnetisierung. Auf diese Weise werden die auf der Festplatte aufgezeichneten Informationen gespeichert. Bereiche mit Restmagnetisierung induzieren, wenn sich die Platte gegenüber dem Spalt des Magnetkopfes dreht, in ihr eine elektromotorische Kraft, die je nach Magnetisierungsstärke variiert. Das auf der Spindelachse montierte Scheibenpaket wird von einem kompakt darunter angeordneten Spezialmotor angetrieben. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben beträgt üblicherweise 7200 U/min. Um die Betriebsbereitschaft des Antriebs zu verkürzen, läuft der Motor beim Einschalten einige Zeit im Zwangsmodus. Daher muss das Netzteil des Computers über eine Spitzenleistungsreserve verfügen. Nun zur Bedienung der Köpfe. Sie bewegen sich mit Hilfe eines Präzisions-Schrittmotors und scheinen in einem Abstand von Bruchteilen eines Mikrometers von der Oberfläche der Scheibe zu „schweben“, ohne diese zu berühren. Durch die Aufzeichnung von Informationen entstehen auf der Oberfläche der Platten magnetisierte Bereiche in Form konzentrischer Kreise. Sie werden Magnetspuren genannt. Beim Bewegen bleiben die Köpfe bei jedem nächsten Titel stehen. Eine Reihe von Spuren, die auf allen Oberflächen untereinander angeordnet sind, wird als Zylinder bezeichnet. Alle Antriebsköpfe bewegen sich gleichzeitig und greifen auf Zylinder mit demselben Namen und denselben Nummern zu.

Festplattengerät

Eine typische Festplatte besteht aus einem HDA und einer Elektronikplatine. Alle mechanischen Teile befinden sich im HDA; die gesamte Steuerelektronik befindet sich auf der Platine, mit Ausnahme des Vorverstärkers, der sich im HDA in unmittelbarer Nähe der Köpfe befindet.

Unter den Disketten befindet sich ein Motor – flach, wie bei Diskettenlaufwerken, oder in die Spindel des Diskettenpakets eingebaut. Wenn sich die Scheiben drehen, entsteht ein starker Luftstrom, der um den Umfang des HDA zirkuliert und durch einen an einer seiner Seiten angebrachten Filter ständig gereinigt wird.

Näher an den Anschlüssen, auf der linken oder rechten Seite der Spindel, befindet sich ein Drehpositionierer, der im Aussehen ein wenig an einen Turmdrehkran erinnert: Auf einer Seite der Achse befinden sich dünne, lange und leichte Träger von Magnetköpfen, die dem zugewandt sind Scheiben und andererseits ein kurzer und massiverer Schaft mit elektromagnetischer Antriebswicklung. Wenn sich der Kipphebel des Positionierers dreht, bewegen sich die Köpfe in einem Bogen zwischen der Mitte und der Peripherie der Scheiben. Der Winkel zwischen den Achsen des Positionierers und der Spindel wird zusammen mit dem Abstand der Achse des Positionierers zu den Köpfen so gewählt, dass die Achse des Kopfes beim Drehen möglichst wenig von der Tangentialbahn abweicht.

Bei früheren Modellen war der Kipphebel auf der Achse des Schrittmotors montiert und der Abstand zwischen den Spuren wurde durch die Schrittweite bestimmt. Moderne Modelle verwenden einen sogenannten Linearmotor, der keine Diskretion aufweist, und die Installation auf der Schiene erfolgt entsprechend den auf den Platten aufgezeichneten Signalen, was die Genauigkeit des Antriebs und die Aufzeichnungsdichte auf den Platten erheblich erhöht.

Die Stellungsreglerwicklung ist von einem Stator umgeben, der ein Permanentmagnet ist. Wenn der Wicklung ein Strom einer bestimmten Stärke und Polarität zugeführt wird, beginnt sich die Wippe mit entsprechender Beschleunigung in die entsprechende Richtung zu drehen; Durch die dynamische Änderung des Stroms in der Wicklung können Sie den Stellungsregler auf jede beliebige Position einstellen. Dieses Antriebssystem wird in Anlehnung an eine Lautsprechermembran als Voice Coil bezeichnet.

Am Schaft befindet sich meist ein sogenannter Magnetriegel – ein kleiner Permanentmagnet, der, wenn sich die Köpfe in der äußersten Innenposition (Landezone) befinden, von der Oberfläche des Stators angezogen wird und die Wippe in dieser Position fixiert. Dies ist die sogenannte Parkposition der Köpfe, die auf der Oberfläche der Platte liegen und diese berühren. Bei einigen teuren Modellen (meist SCSI) ist zur Fixierung des Positionierers ein spezieller Elektromagnet vorgesehen, dessen Anker in freier Position die Bewegung des Kipphebels blockiert. In der Disk-Landezone werden keine Informationen aufgezeichnet.

Der verbleibende freie Platz enthält einen Vorverstärker für das von den Köpfen abgenommene Signal und deren Schalter. Der Positionierer ist über ein flexibles Flachbandkabel mit der Vorverstärkerplatine verbunden. Bei einigen Festplatten (insbesondere einigen Maxtor AV-Modellen) wird die Wicklung jedoch über separate einadrige Drähte mit Strom versorgt, die im aktiven Betrieb zum Bruch neigen. Der hermetische Block ist mit normaler staubfreier Luft unter atmosphärischem Druck gefüllt. In den Deckeln der hermetischen Blöcke einiger Festplatten sind speziell kleine Fenster angebracht, die mit einer dünnen Folie versiegelt sind und dem Druckausgleich innen und außen dienen. Bei einigen Modellen ist das Fenster mit einem atmungsaktiven Filter verschlossen. Bei einigen Festplattenmodellen sind die Spindel- und Positionierachsen nur an einer Stelle befestigt – bei anderen sind sie zusätzlich mit Schrauben an der HDA-Abdeckung befestigt. Die zweiten Modelle reagieren empfindlicher auf Mikroverformungen während der Befestigung – das Anziehen der Befestigungsschrauben führt zu einer unzulässigen Fehlausrichtung der Achsen. In manchen Fällen kann eine solche Verzerrung schwer rückgängig zu machen oder sogar völlig irreversibel sein. Die Elektronikplatine ist abnehmbar und wird über einen oder zwei Steckverbinder unterschiedlicher Bauart mit dem HDA verbunden. Die Platine enthält den Hauptprozessor der Festplatte, ROM mit einem Programm, Arbeits-RAM, der üblicherweise als Festplattenpuffer verwendet wird, einen digitalen Signalprozessor (DSP) zur Aufbereitung aufgezeichneter und verarbeiteter Lesesignale sowie Schnittstellenlogik. Bei einigen Festplatten ist das Prozessorprogramm vollständig im ROM gespeichert, bei anderen wird ein bestimmter Teil davon im Servicebereich der Festplatte aufgezeichnet. Die Diskette kann auch Laufwerksparameter (Modell, Seriennummer usw.) enthalten. Einige Festplatten speichern diese Informationen in einem elektrisch programmierbaren ROM (EEPROM).

Viele Festplatten verfügen über eine spezielle technologische Schnittstelle mit einem Anschluss auf der Elektronikplatine, über die Sie mit Tischgeräten verschiedene Servicearbeiten am Laufwerk durchführen können – Testen, Formatieren, Neuzuweisung defekter Bereiche usw. Moderne Laufwerke der Marke Conner verfügen über eine technologische Schnittstelle im seriellen Schnittstellenstandard, die den Anschluss über einen Adapter an ein alphanumerisches Terminal oder einen COM-Port eines Computers ermöglicht. Das ROM enthält das sogenannte Test-Monitor-System (TMOS), das vom Terminal gesendete Befehle empfängt, ausführt und die Ergebnisse an das Terminal zurückgibt. Frühe Festplatten wurden wie Disketten mit sauberen magnetischen Oberflächen hergestellt; Die anfängliche Markierung (Formatierung) wurde vom Verbraucher nach eigenem Ermessen vorgenommen und konnte beliebig oft durchgeführt werden. Bei modernen Modellen werden während des Herstellungsprozesses Markierungen angebracht; Gleichzeitig werden Servoinformationen auf den Festplatten aufgezeichnet – spezielle Markierungen, die zur Stabilisierung der Rotationsgeschwindigkeit, zur Suche nach Sektoren und zur Überwachung der Position der Köpfe auf Oberflächen erforderlich sind. Vor nicht allzu langer Zeit wurde eine separate (dedizierte) Oberfläche zur Aufzeichnung von Servoinformationen verwendet, entlang derer die Köpfe aller anderen Oberflächen justiert wurden. Ein solches System erforderte eine hohe Steifigkeit der Befestigung der Köpfe, damit es nach der ersten Markierung keine Unstimmigkeiten zwischen ihnen gab. Heutzutage werden Servoinformationen in den Zwischenräumen zwischen den Sektoren aufgezeichnet (eingebettet), was es ermöglicht, die Nutzkapazität des Pakets zu erhöhen und Einschränkungen bei der Steifigkeit des Bewegungssystems zu beseitigen. Einige moderne Modelle verwenden ein kombiniertes Trackingsystem – integrierte Servoinformationen in Kombination mit einer speziellen Oberfläche; In diesem Fall erfolgt die Grobeinstellung an der ausgewählten Oberfläche und die Feineinstellung an den eingebauten Markierungen.

Da die Servoinformationen das Referenzlayout der Festplatte darstellen, ist der Festplattencontroller nicht in der Lage, diese im Schadensfall selbstständig wiederherzustellen. Beim Formatieren einer solchen Festplatte per Software ist es lediglich möglich, die Header und Prüfsummen von Datensektoren neu zu schreiben.

Bei der Erstkennzeichnung und Prüfung einer modernen Festplatte im Werk werden fast immer defekte Sektoren erkannt, die in eine spezielle Neuzuordnungstabelle eingetragen werden. Im Normalbetrieb ersetzt der Festplattencontroller diese Sektoren durch Reservesektoren, die speziell für diesen Zweck auf jeder Spur, Spurgruppe oder einem dedizierten Bereich der Festplatte belassen werden. Dadurch erweckt die neue Festplatte den Eindruck, als gäbe es keine Oberflächenfehler, obwohl diese in Wirklichkeit fast immer vorhanden sind.

Beim Einschalten führt der Festplattenprozessor einen Elektroniktest durch und gibt anschließend einen Befehl zum Einschalten des Spindelmotors aus. Wenn eine bestimmte kritische Rotationsgeschwindigkeit erreicht ist, reicht die Dichte der von den Oberflächen der Scheiben mitgerissenen Luft aus, um die Druckkraft der Köpfe auf die Oberfläche zu überwinden und sie auf eine Höhe von Bruchteilen von mehreren Mikrometern über die Oberflächen der Scheiben anzuheben Scheiben - die Köpfe „schweben“. Von diesem Moment an bis zum Absinken der Geschwindigkeit unter das kritische Niveau „hängen“ die Köpfe an einem Luftkissen und berühren die Oberflächen der Platten überhaupt nicht.

Nachdem die Scheiben eine Drehzahl nahe der Nenndrehzahl erreicht haben (normalerweise 3600, 4500, 5400 oder 7200 U/min), werden die Köpfe aus der Parkzone entfernt und die Suche nach Servomarkierungen beginnt, um die Drehzahl genau zu stabilisieren. Anschließend werden Informationen aus dem Servicebereich ausgelesen – insbesondere die Tabelle zur Neuzuordnung defekter Bereiche.

Am Ende der Initialisierung wird der Positionierer durch Auflisten einer vorgegebenen Spurfolge getestet – bei Erfolg setzt der Prozessor ein Bereitschaftszeichen an der Schnittstelle und wechselt über die Schnittstelle in den Betriebsmodus.

Während des Betriebs arbeitet das System zur Überwachung der Position des Kopfes auf der Platte ständig: Aus dem kontinuierlich gelesenen Signal wird ein Fehlersignal extrahiert, das dem Rückkopplungskreis zugeführt wird, der den Strom der Positioniererwicklung steuert. Durch die Abweichung des Kopfes von der Spurmitte erscheint in der Wicklung ein Signal, das dazu neigt, ihn an seinen Platz zurückzubringen.

Um die Geschwindigkeit des Datenflusses zu koordinieren – auf der Lese-/Schreibebene und der externen Schnittstelle – verfügen Festplatten über einen Zwischenpuffer, der oft fälschlicherweise als Cache bezeichnet wird und normalerweise mehrere zehn oder hundert Kilobyte groß ist. Bei einer Reihe von Modellen (z. B. Quantum) wird der Puffer im gemeinsamen Arbeits-RAM platziert, wo zuerst der Overlay-Teil des Steuermikroprogramms geladen wird, wodurch das tatsächliche Volumen des Puffers geringer ist als die volle RAM-Größe (80). -90 kB mit 128 kB RAM für Quantum). Bei anderen Modellen (Conner, Caviar) sind Puffer und Prozessor-RAM getrennt.

Wenn der Strom abgeschaltet wird, gibt der Prozessor, der die in den Kondensatoren der Platine verbleibende Energie nutzt oder sie den Wicklungen des Motors entzieht, der gleichzeitig als Generator arbeitet, einen Befehl aus, den Stellungsregler in die Parkposition zu bringen Position, die abgeschlossen werden kann, bevor die Drehzahl unter den kritischen Wert fällt. Bei einigen Festplatten (Quantum) wird dies durch eine federbelastete Wippe zwischen den Festplatten ermöglicht, die ständig Luftdruck ausgesetzt ist. Bei nachlassendem Luftstrom drückt die Wippe den Stellungsregler zusätzlich in die Parkposition, wo er mit einer Verriegelung gesichert wird. Die Bewegung der Köpfe zur Spindel hin wird auch durch die Zentripetalkraft erleichtert, die durch die Rotation der Scheiben entsteht.

Festplattenbetrieb

Nun zum eigentlichen Prozess der Festplatte. Nach der Ersteinrichtung der Elektronik und Mechanik geht der Festplatten-Mikrocomputer in den Wartemodus auf Befehle vom Controller auf der Systemplatine oder Schnittstellenkarte. Nach Erhalt des Befehls schaltet es den gewünschten Kopf ein, sucht mithilfe von Servoimpulsen die gewünschte Spur, wartet, bis der gewünschte Sektor den Kopf „erreicht“ und liest oder schreibt Informationen. Wenn der Controller das Lesen/Schreiben nicht nur eines, sondern mehrerer Sektoren angefordert hat, kann die Festplatte im sogenannten Blockmodus arbeiten, indem sie RAM als Puffer nutzt und Lesen/Schreiben mit der Informationsübertragung zum oder vom Controller kombiniert.

Zur optimalen Nutzung der Plattenoberfläche kommt das sogenannte Zoned Bit Recording (ZBR) zum Einsatz, dessen Prinzip darin besteht, dass auf externen Spuren, die länger sind (und damit Informationskapazität), Informationen mit größerer Dichte aufgezeichnet werden als auf internen. . Innerhalb der gesamten Oberfläche bilden sich bis zu ein Dutzend oder mehr solcher Zonen mit konstanter Aufzeichnungsdichte; Dementsprechend ist die Lese- und Schreibgeschwindigkeit auf externen Zonen höher als auf internen. Dadurch werden Dateien, die sich näher am „Anfang“ der Festplatte befinden, im Allgemeinen schneller verarbeitet als Dateien, die sich näher am „Ende“ befinden.

Lassen Sie uns nun darüber sprechen, woher die unglaublich große Anzahl von Köpfen kommt, die in den Festplattenparametern angegeben sind. Früher gaben diese Zahlen – die Anzahl der Zylinder, Köpfe und Sektoren zu einem höheren Preis – tatsächlich die tatsächlichen physikalischen Parameter (Geometrie) der Festplatte an. Bei der Verwendung von ZBR ändert sich jedoch die Anzahl der Sektoren von Spur zu Spur, und für jede Festplatte sind diese Zahlen unterschiedlich. Daher wurde die sogenannte logische Geometrie verwendet, bei der die Festplatte dem Controller bestimmte bedingte Parameter mitteilt. und beim Empfang von Befehlen wandelt es selbst logische Adressen in physikalische um. Gleichzeitig enthält eine Festplatte mit logischer Geometrie, beispielsweise 520 Zylindern, 128 Köpfen und 63 Sektoren (Gesamtvolumen – 2 GB), höchstwahrscheinlich zwei Festplatten – und vier Lese-/Schreibköpfe.

Die Festplatten der neuesten Generation nutzen PRML- (Partial Response, Maximum Likelihood) und S.M.A.R.T-Technologien. (Self Monitoring Analysis and Report Technology – Technologie zur selbstüberwachenden Analyse und Berichterstattung). Die erste wurde aufgrund der Tatsache entwickelt, dass es bei bestehenden Aufzeichnungsdichten nicht mehr möglich ist, das Signal von der Plattenoberfläche klar und eindeutig abzulesen – der Grad der Interferenzen und Verzerrungen ist sehr hoch. Anstatt das Signal direkt umzuwandeln, wird es mit einer Reihe von Beispielen verglichen und auf der Grundlage maximaler Ähnlichkeit eine Schlussfolgerung über die Akzeptanz eines bestimmten Codeworts gezogen – ähnlich wie wir Wörter lesen, in denen Buchstaben fehlen oder verzerrt sind .

Die Festplatte, die die S.M.A.R.T.-Technologie implementiert, speichert Statistiken über ihre Betriebsparameter (Anzahl der Starts/Stopps und Arbeitsstunden, Spindelbeschleunigungszeit, erkannte/korrigierte Fehler usw.), die regelmäßig im umprogrammierbaren ROM oder in Servicebereichen gespeichert werden die Scheibe. Diese Informationen sammeln sich über die gesamte Lebensdauer der Festplatte an und können jederzeit von Analyseprogrammen abgefragt werden; Damit lassen sich der Zustand der Mechanik, die Betriebsbedingungen oder die ungefähre Ausfallwahrscheinlichkeit beurteilen.

Verwandte Informationen.

Auf die technischen Merkmale tragbarer Laufwerke gehen wir nicht ein. Diese Informationen finden Sie in speziellen Ressourcen im Internet. Wir werden die Funktionen eines Wechseldatenträgers berücksichtigen, die der Benutzer kennen muss und deren Nichtbeachtung der Hauptgrund für Datenverlust ist, und uns kontaktieren, um diese Daten wiederherzustellen.

Öffnen Sie den Karton und entnehmen Sie die Festplatte von dort. Zuvor war eine tragbare Festplatte eine standardmäßige mobile SATA-Festplatte im 2,5-Zoll-Formfaktor mit einem USB-Adapter. Jetzt ist es immer noch das gleiche 2,5-Zoll-Laufwerk, aber auf der Elektronikplatine der Festplatte sind bereits eine USB-Brücke (Leseadapter) und ein USB-Anschluss enthalten.

Eine moderne Festplatte besteht aus zwei Hauptteilen. Dabei handelt es sich um ein versiegeltes Gehäuse mit Magnetplatten und -köpfen – es wird allgemein als „hermetischer Block“ bezeichnet. Und eine Elektronikplatine, oft auch Controller genannt, die das alles verwaltet.

Was steckt hinter der Magie eines tragbaren Laufwerks?

Schauen wir uns den hermetischen Block genauer an. Deshalb wird es als hermetischer Block bezeichnet, weil es versiegelt ist. Die Abdichtung des Festplattengehäuses ist notwendig, um zu verhindern, dass Staub und kleine Partikel aus der Umgebung dorthin gelangen. In dieser Scheibe befindet sich normale atmosphärische Luft, nur sehr sauber.

Zwar gibt es heute Festplatten mit hoher Dichte, die mit Helium gefüllt sind. Dabei handelt es sich um moderne Festplatten mit einer Kapazität von 6 Terabyte oder mehr.

Magnetköpfe schweben in einem Abstand von 5-10 Nanometern auf einem Luftkissen über den Oberflächen rotierender Scheiben. Eine elektromagnetische Spule treibt eine Halterung mit Magnetkopfblöcken an, sodass die Köpfe an der gewünschten Stelle auf der Platte positioniert werden.

Wenn die Platte nicht funktioniert, werden die Köpfe auf einer speziellen Parkvorrichtung außerhalb der Platten platziert. Tatsache ist, dass die Oberfläche der Scheiben so glatt ist, dass die Köpfe sofort fest an den Oberflächen haften bleiben, wenn sie sich darüber befinden, und die Scheiben sich nicht drehen.

Trockene Statistiken

Wenn es sich um eine tragbare Festplatte handelt, liegt der Grund für die Inanspruchnahme einer Reparatur in 95 % der Fälle darin, dass sie einen Schlag erlitten hat oder heruntergefallen ist. Dies wird durch unsere 15-Jahres-Statistik bestätigt.

Das bedeutet, dass die Festplattenköpfe aus dem Parkkamm fliegen und an der Oberfläche der Laufwerke kleben bleiben. Oder sie zerkratzen die rotierenden Scheiben, beschädigen die magnetische Oberfläche und beschädigen sich selbst.

In etwa der Hälfte dieser Fälle werden die Datenträger zu Hause von selbst geöffnet, sie schauen sich etwas an, schalten es ein, schalten es aus, verschieben es, verschieben es, verschmutzen die Datenträger und denken erst dann darüber nach, ein Inforzu finden.

Wofür? 2-3 Mal mehr für die Datenwiederherstellung bezahlen.

Oder Informationen für immer verlieren

So gehen Sie richtig mit einem tragbaren Laufwerk um, wenn Sie Wert auf Informationen legen.

Stoßen Sie das tragbare Laufwerk nicht an und lassen Sie es nicht fallen.
Wenn Sie ein tragbares Laufwerk fallen lassen, schalten Sie es nicht ein. Es ist nicht bekannt, in welchem Zustand sich sein Kopf befindet.
Wenn Sie es nach einem Aufprall einschalten und ungewöhnliche Geräusche von sich geben: Knarren, Geräusche, Klicken, Kratzen – schalten Sie es sofort aus.
Bewegen Sie das tragbare Laufwerk nicht während der Arbeit.
Verwenden Sie nur ein dickes, hochwertiges oder originales USB-Kabel von einem externen Laufwerk.
Verwenden Sie kein USB-Kabel von einem Mobiltelefon.
Betreiben Sie eine tragbare Festplatte nicht mit einem beschädigten USB-Kabel.
Betreiben Sie eine tragbare Festplatte nicht mit einem beschädigten USB-Anschluss.
Lassen Sie keine unqualifizierten Versuche zu, Ihre tragbare Festplatte zu reparieren.

Wenn Sie Daten speichern müssen, suchen Sie sofort nach qualifizierten Spezialisten mit gutem Ruf.

Wie sieht das Innere einer modernen Festplatte (HDD) aus? Wie zerlegt man es? Wie heißen die Teile und welche Funktionen erfüllen sie im allgemeinen Informationsspeichermechanismus? Antworten auf diese und weitere Fragen finden Sie hier unten. Darüber hinaus zeigen wir die Beziehung zwischen russischen und englischen Terminologien zur Beschreibung der Komponenten von Festplatten.

Schauen wir uns zur Verdeutlichung ein 3,5-Zoll-SATA-Laufwerk an. Dabei handelt es sich um einen komplett neuen Seagate ST31000333AS Terabyte. Lasst uns unser Meerschweinchen untersuchen.

Die mit Schrauben befestigte grüne Platte mit sichtbarem Leiterbahnmuster, Strom- und SATA-Anschlüssen wird als Elektronikplatine oder Steuerplatine (Printed Circuit Board, PCB) bezeichnet. Es übernimmt die Funktionen der elektronischen Steuerung der Festplatte. Seine Arbeit kann damit verglichen werden, digitale Daten in magnetische Fingerabdrücke zu übertragen und sie bei Bedarf wieder zu erkennen. Zum Beispiel wie ein fleißiger Schreiber bei Texten auf Papier. Das schwarze Aluminiumgehäuse und sein Inhalt werden Head and Disk Assembly (HDA) genannt. Unter Fachleuten ist es üblich, von einer „Dose“ zu sprechen. Der Koffer selbst ohne Inhalt wird auch als hermetischer Block (Boden) bezeichnet.

Jetzt entfernen wir die Leiterplatte (Sie benötigen einen T-6-Sternschraubendreher) und untersuchen die darauf platzierten Komponenten.

Das erste, was ins Auge fällt, ist der große Chip in der Mitte – das System On Chip (SOC). Es enthält zwei Hauptkomponenten:

Der zentrale Prozessor, der alle Berechnungen durchführt (Central Processor Unit, CPU). Der Prozessor verfügt über Ein-/Ausgabeanschlüsse (IO-Ports) zur Steuerung anderer auf der Leiterplatte befindlicher Komponenten und zur Datenübertragung über die SATA-Schnittstelle.
Lese-/Schreibkanal – ein Gerät, das während eines Lesevorgangs das von den Köpfen kommende analoge Signal in digitale Daten umwandelt und beim Schreiben digitale Daten in ein analoges Signal kodiert. Es überwacht auch die Positionierung der Köpfe. Mit anderen Worten: Es erzeugt beim Schreiben magnetische Bilder und erkennt sie beim Lesen.

Der Speicherchip ist ein normaler DDR-SDRAM-Speicher. Die Speichergröße bestimmt die Größe des Festplattencaches. Auf dieser Leiterplatte sind 32 MB DDR-Speicher von Samsung verbaut, was der Festplatte theoretisch einen Cache von 32 MB beschert (und das ist genau die Menge, die in den technischen Daten der Festplatte angegeben ist), was aber nicht ganz stimmt. Tatsache ist, dass der Speicher logisch in Pufferspeicher (Cache) und Firmware-Speicher unterteilt ist. Der Prozessor benötigt eine gewisse Menge an Speicher, um Firmware-Module zu laden. Soweit uns bekannt ist, gibt nur der HGST-Hersteller in der Beschreibung der technischen Spezifikationen die tatsächliche Cache-Größe an; Bei anderen Festplatten können wir über die tatsächliche Cache-Größe nur Vermutungen anstellen. In der ATA-Spezifikation haben die Verfasser die in früheren Versionen festgelegte Grenze von 16 Megabyte nicht erweitert. Daher können Programme keine größere Lautstärke als das Maximum anzeigen.

Der nächste Chip ist ein Spindelmotor- und Schwingspulen-Steuercontroller, der die Haupteinheit bewegt (Schwingspulenmotor- und Spindelmotor-Controller, VCM&SM-Controller). Im Fachjargon ist das eine „Wendung“. Darüber hinaus steuert dieser Chip sekundäre Netzteile auf der Platine, die den Prozessor und den im HDA befindlichen Vorverstärker-Schalter-Chip (Vorverstärker, Vorverstärker) mit Strom versorgen. Dies ist der Hauptenergieverbraucher auf der Leiterplatte. Es steuert die Drehung der Spindel und die Bewegung der Köpfe. Wenn der Strom abgeschaltet wird, schaltet es außerdem den Stoppmotor in den Erzeugungsmodus und liefert die resultierende Energie an die Schwingspule, um ein sanftes Parken der Magnetköpfe zu ermöglichen. Der VCM-Controllerkern kann sogar bei Temperaturen von 100 °C betrieben werden.

Ein Teil des Festplattensteuerungsprogramms (Firmware) ist im Flash-Speicher gespeichert (in der Abbildung angegeben: Flash). Wenn die Festplatte mit Strom versorgt wird, lädt der Mikrocontroller zunächst ein kleines Boot-ROM in sich selbst, schreibt dann den Inhalt des Flash-Chips neu in den Speicher und beginnt mit der Ausführung von Code aus dem RAM. Ohne korrekt geladenen Code möchte die Festplatte nicht einmal die Engine starten. Wenn auf der Platine kein Flash-Chip vorhanden ist, bedeutet dies, dass er im Mikrocontroller eingebaut ist. Auf modernen Laufwerken (ab etwa 2004 und neuer, mit Ausnahme von Samsung-Festplatten und solchen mit Seagate-Aufklebern) enthält der Flash-Speicher Tabellen mit Mechaniken und Kopfeinstellungscodes, die für einen bestimmten HDA einzigartig sind und nicht für einen anderen geeignet sind. Daher endet der Vorgang „Controller wechseln“ immer damit, dass die Festplatte entweder „im BIOS nicht erkannt“ wird oder durch den werksinternen Namen bestimmt wird, aber immer noch keinen Zugriff auf Daten bietet. Bei dem betreffenden Seagate 7200.11-Laufwerk führt der Verlust des ursprünglichen Inhalts des Flash-Speichers zu einem vollständigen Verlust des Zugriffs auf Informationen, da es nicht möglich ist, die Einstellungen auszuwählen oder zu erraten (auf jeden Fall ist eine solche Technik nicht möglich). dem Autor bekannt).

Auf dem YouTube-Kanal von R.Lab gibt es mehrere Beispiele für die Neuordnung einer Platine durch Umlöten einer Mikroschaltung von einer fehlerhaften Platine in eine funktionierende Platine:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX Platinenwechsel
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ PCB-Wechsel

Der Stoßsensor reagiert auf für die Scheibe gefährliche Erschütterungen und sendet darüber ein Signal an den VCM-Controller. Der VCM parkt die Köpfe sofort und kann das Drehen der Festplatte stoppen. Theoretisch sollte dieser Mechanismus die Disc vor weiteren Schäden schützen, in der Praxis funktioniert er jedoch nicht. Lassen Sie die Discs daher nicht fallen. Selbst wenn Sie stürzen, kann es zu einer Blockierung des Spindelmotors kommen, aber dazu später mehr. Bei einigen Festplatten ist der Vibrationssensor sehr empfindlich und reagiert auf kleinste mechanische Vibrationen. Die vom Sensor empfangenen Daten ermöglichen es dem VCM-Controller, die Bewegung der Köpfe zu korrigieren. Zusätzlich zum Hauptteil sind auf solchen Scheiben zwei zusätzliche Vibrationssensoren installiert. Auf unserer Platine sind zusätzliche Sensoren nicht verlötet, es gibt aber Plätze dafür – in der Abbildung als „Vibrationssensor“ gekennzeichnet.

Die Platine verfügt über eine weitere Schutzvorrichtung – eine Transientenspannungsunterdrückung (TVS). Es schützt die Platine vor Überspannungen. Bei einem Stromstoß brennt das TVS durch und es entsteht ein Kurzschluss nach Masse. Dieses Board verfügt über zwei TVS, 5 und 12 Volt.

Die Elektronik älterer Antriebe war weniger integriert, jede Funktion war auf einen oder mehrere Chips aufgeteilt.

Schauen wir uns nun den HDA an.

Unter der Platine befinden sich Kontakte für Motor und Köpfe. Zusätzlich befindet sich am Scheibenkörper ein kleines, fast unsichtbares Loch (Atemloch). Es dient dem Druckausgleich. Viele Menschen glauben, dass in der Festplatte ein Vakuum herrscht. Eigentlich stimmt das nicht. Damit die Köpfe aerodynamisch über der Oberfläche abheben können, wird Luft benötigt. Durch dieses Loch kann die Scheibe den Druck innerhalb und außerhalb des Eindämmungsbereichs ausgleichen. Auf der Innenseite ist dieses Loch mit einem Atemfilter abgedeckt, der Staub- und Feuchtigkeitspartikel zurückhält.

Werfen wir nun einen Blick in die Eindämmungszone. Entfernen Sie die Festplattenabdeckung.

Der Deckel selbst ist nichts Interessantes. Es handelt sich lediglich um eine Stahlplatte mit einer Gummidichtung, um Staub fernzuhalten. Schauen wir uns abschließend die Füllung der Eindämmungszone an.

Informationen werden auf Datenträgern, auch „Platters“, magnetischen Oberflächen oder Platten genannt, gespeichert. Die Daten werden beidseitig erfasst. Aber manchmal ist der Kopf auf einer Seite nicht installiert oder der Kopf ist physisch vorhanden, aber werkseitig deaktiviert. Auf dem Foto sehen Sie die obere Platte, die dem Kopf mit der höchsten Nummer entspricht. Die Platten bestehen aus poliertem Aluminium oder Glas und sind mit mehreren Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung beschichtet, darunter einer ferromagnetischen Substanz, auf der die Daten eigentlich gespeichert sind. Zwischen den Platten sowie über deren Oberseite sehen wir spezielle Einsätze, sogenannte Trennwände oder Separatoren. Sie werden benötigt, um Luftströme auszugleichen und akustische Geräusche zu reduzieren. In der Regel bestehen sie aus Aluminium oder Kunststoff. Aluminiumabscheider bewältigen die Kühlung der Luft in der Sicherheitszone erfolgreicher. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für ein Modell für den Luftstromdurchgang innerhalb einer hermetischen Einheit.

Seitenansicht der Platten und Separatoren.

An den Enden der Halterungen der Magnetkopfeinheit, kurz HSA (Head Stack Assembly, HSA), werden Lese-/Schreibköpfe (Köpfe) installiert. Die Parkzone ist der Bereich, in dem sich die Köpfe einer fehlerfreien Festplatte befinden sollten, wenn die Spindel angehalten wird. Bei dieser Scheibe liegt die Parkzone näher an der Spindel, wie auf dem Foto zu sehen ist.

Bei einigen Fahrten erfolgt das Parken auf speziellen Kunststoffparkplätzen außerhalb der Schilder.

Parkunterlage für Western Digital 3,5-Zoll-Laufwerk

Wenn die Köpfe in den Platten geparkt werden, ist zum Entfernen des Magnetkopfblocks ein Spezialwerkzeug erforderlich. Ohne dieses Werkzeug ist es sehr schwierig, das BMG ohne Beschädigung zu entfernen. Zum Außenparken können Sie Kunststoffrohre geeigneter Größe zwischen die Köpfe stecken und den Block entfernen. Für diesen Fall gibt es zwar auch Abzieher, diese sind jedoch einfacher aufgebaut.

Die Festplatte ist ein Präzund benötigt für ihre ordnungsgemäße Funktion sehr saubere Luft. Während des Gebrauchs können sich im Inneren der Festplatte mikroskopisch kleine Metall- und Fettpartikel bilden. Um die Luft im Inneren der Scheibe sofort zu reinigen, gibt es einen Umluftfilter. Hierbei handelt es sich um ein High-Tech-Gerät, das ständig winzige Partikel sammelt und einfängt. Der Filter befindet sich im Weg der Luftströme, die durch die Rotation der Platten entstehen

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 bis zum 1.300-fachen ihres Eigengewichts heben können. Sie sollten Ihren Finger also nicht zwischen den Magneten und Metall oder einen anderen Magneten bringen – der Schlag ist sehr empfindlich. Dieses Foto zeigt die BMG-Limiter. Ihre Aufgabe besteht darin, die Bewegung der Köpfe zu begrenzen und sie auf der Oberfläche der Platten zu belassen. BMG-Limiter verschiedener Modelle sind unterschiedlich aufgebaut, es gibt aber immer zwei davon, sie kommen bei allen modernen Festplatten zum Einsatz. Bei unserem Laufwerk befindet sich der zweite Begrenzer 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 VCM-Antrieb (Voice Coil Motor, VCM). Der Antrieb und der Magnetkopfblock bilden einen Positionierer (Aktuator) – ein Gerät, das die Köpfe bewegt.

Das schwarze Kunststoffteil mit komplexer Form wird als Betätigungsverriegelung bezeichnet. Es gibt ihn in zwei Ausführungen: Magnetverschluss und Luftverschluss. Magnetic funktioniert wie ein einfacher Magnetverschluss. Die Freisetzung erfolgt durch Anlegen eines elektrischen Impulses. Die Luftverriegelung gibt das BMG frei, nachdem der Spindelmotor eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht hat, damit der Luftdruck die Verriegelung aus dem Weg der Schwingspule bewegen kann. Die Halterung schützt die Köpfe davor, in den Arbeitsbereich zu fliegen. Wenn die Verriegelung aus irgendeinem Grund ihre Funktion nicht erfüllt (die Festplatte wurde fallen gelassen oder getroffen, während sie eingeschaltet war), bleiben die Köpfe an der Oberfläche kleben. Bei 3,5“-Disks führt eine nachträgliche Aktivierung aufgrund der höheren Motorleistung lediglich zum Abreißen der Köpfe. Aber das 2,5-Zoll-Gerät hat weniger Motorleistung und die Chancen, Daten wiederherzustellen, indem die Originalköpfe aus der Gefangenschaft befreit werden, sind recht hoch.

Jetzt entfernen wir den Magnetkopfblock.

Die Präzision und Leichtgängigkeit des BMG wird durch ein Präzisionslager unterstützt. Der größte Teil des BMG besteht aus einer Aluminiumlegierung und wird üblicherweise als Halterung oder Kipphebel (Arm) bezeichnet. Am Ende des Kipphebels befinden sich Köpfe an einer Federaufhängung (Heads Gimbal Assembly, HGA). Normalerweise werden die Köpfe und Kipphebel selbst von verschiedenen Herstellern geliefert. Ein flexibles Kabel (Flexible Printed Circuit, FPC) führt zum Pad, das mit der Steuerplatine verbunden ist.

Schauen wir uns die Komponenten des BMG genauer an.

Eine Spule, die mit einem Kabel verbunden ist.

Lager.

Das folgende Foto zeigt die BMG-Kontakte.

Die Dichtung sorgt für die Dichtheit der Verbindung. Somit kann Luft nur über die Druckausgleichsbohrung in das Gerät mit Scheiben und Köpfen gelangen. Die Kontakte dieser Scheibe sind mit einer dünnen Goldschicht beschichtet, um Oxidation zu verhindern. Auf der Seite der Elektronikplatine kommt es jedoch häufig zu Oxidation, was zu einer Fehlfunktion der Festplatte führt. Mit einem Radiergummi können Sie Oxidation von den Kontakten entfernen.

Dies ist ein klassisches Rocker-Design.

Die kleinen schwarzen Teile an den Enden der Federbügel werden Schieber genannt. Viele Quellen weisen darauf hin, dass Slider und Köpfe dasselbe sind. Tatsächlich hilft der Schieber beim Lesen und Schreiben von Informationen, indem er den Kopf über die Oberfläche der Magnetplatten anhebt. Bei modernen Festplatten bewegen sich die Köpfe in einem Abstand von 5-10 Nanometern von der Oberfläche. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 25.000 Nanometern. Gelangt ein Partikel unter den Schieber, kann dies aufgrund der Reibung zu einer Überhitzung der Köpfe und zu deren Ausfall führen, weshalb die Sauberkeit der Luft im Sicherheitsbereich so wichtig ist. Auch Staub kann Kratzer verursachen. Aus ihnen entstehen neue, nun magnetische Staubpartikel, die an der Magnetplatte haften bleiben und neue Kratzer verursachen. Dies führt dazu, dass die Scheibe schnell zerkratzt oder im Fachjargon „gesägt“ wird. In diesem Zustand funktionieren weder die dünne Magnetschicht noch die Magnetköpfe mehr und die Festplatte klopft (Klick des Todes).

Die Lese- und Schreibkopfelemente selbst befinden sich am Ende des Schiebers. Sie sind so klein, dass sie nur mit einem guten Mikroskop sichtbar sind. Unten sehen Sie ein Beispiel einer Fotografie (rechts) durch ein Mikroskop und eine schematische Darstellung (links) der relativen Position der Schreib- und Leseelemente des Kopfes.

Schauen wir uns die Oberfläche des Sliders genauer an.

Wie Sie sehen können, ist die Oberfläche des Schiebers nicht flach, sondern weist aerodynamische Rillen auf. Sie tragen dazu bei, die Flughöhe des Sliders zu stabilisieren. Die Luft unter dem Schieber bildet ein Luftpolster (Air Bearing Surface, ABS). Das Luftpolster sorgt dafür, dass der Schieber nahezu parallel zur Oberfläche des Pfannkuchens verläuft.

Hier ist ein weiteres Bild des Schiebereglers.

Die Kopfkontakte sind hier deutlich zu erkennen.

Dies ist ein weiterer wichtiger Teil des BMG, der noch nicht diskutiert wurde. Man nennt ihn Vorverstärker (Preamp). Ein Vorverstärker ist ein Chip, der die Köpfe steuert und das von ihnen kommende oder von ihnen kommende Signal verstärkt.

Der Vorverstärker ist aus einem ganz einfachen Grund direkt im BMG platziert – das von den Köpfen kommende Signal ist sehr schwach. Bei modernen Laufwerken beträgt die Frequenz mehr als 1 GHz. Wenn Sie den Vorverstärker außerhalb der hermetischen Zone platzieren, wird ein so schwaches Signal auf dem Weg zur Steuerplatine stark gedämpft. Es ist unmöglich, den Verstärker direkt am Kopf zu installieren, da er sich während des Betriebs stark erwärmt, was den Betrieb eines Halbleiterverstärkers dieser kleinen Größe unmöglich macht;

Es gibt mehr Spuren, die vom Vorverstärker zu den Topteilen (rechts) führen als zum Eindämmungsbereich (links). Tatsache ist, dass eine Festplatte nicht gleichzeitig mit mehr als einem Kopf (einem Paar Schreib- und Leseelementen) arbeiten kann. Die Festplatte sendet Signale an den Vorverstärker und wählt den Kopf aus, auf den die Festplatte gerade zugreift.

Genug der Köpfe, zerlegen wir die Festplatte weiter. Entfernen Sie den oberen Separator.

So sieht er aus.

Auf dem nächsten Foto sehen Sie den Eindämmungsbereich mit entferntem oberen Separator und Kopfblock.

Der untere Magnet wurde sichtbar.

Nun kommt der Spannring (Plattenspanner).

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

Pfannkuchen werden auf einer Spindelnabe aufgereiht.

Nachdem nun nichts mehr die Pfannkuchen hält, entfernen Sie den oberen Pfannkuchen. Das ist es, was darunter ist.

Jetzt ist klar, wie Platz für die Köpfe entsteht – zwischen den Pfannkuchen befinden sich Distanzringe. Das Foto zeigt den zweiten Pfannkuchen und den zweiten Separator.

Der Distanzring ist ein hochpräzises Teil aus einer nichtmagnetischen Legierung oder Polymeren. Lass es uns ausziehen.

Nehmen wir alles andere aus der Scheibe, um die Unterseite des hermetischen Blocks 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 kommende Luft zwangsläufig Staub enthält, besteht der Filter aus mehreren Schichten. Es ist viel dicker als der Umlauffilter. Manchmal enthält es Kieselgelpartikel zur Bekämpfung der Luftfeuchtigkeit. Wenn die Festplatte jedoch ins Wasser gelegt wird, gelangt sie durch den Filter ins Innere! Und das bedeutet keineswegs, dass das Wasser, das hineinkommt, sauber ist. Salze kristallisieren auf magnetischen Oberflächen und Schleifpapier anstelle von Platten wird bereitgestellt.

Noch etwas zum Spindelmotor. Sein Aufbau ist in der Abbildung schematisch dargestellt.

Im Inneren der Spindelnabe ist ein Permanentmagnet befestigt. Die Statorwicklungen verändern das Magnetfeld und bewirken, dass sich der Rotor dreht.

Motoren gibt es in zwei Ausführungen, mit Kugellagern und mit hydrodynamischen Lagern (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Kugelschreiber werden seit mehr als 10 Jahren nicht mehr verwendet. Das liegt daran, dass ihr Takt hoch ist. Bei einem hydrodynamischen Lager ist die Unrundheit viel geringer und es arbeitet viel leiser. Es gibt aber auch ein paar Nachteile. Erstens kann es zu Blockaden kommen. Dieses Phänomen trat bei Kugelmodellen nicht auf. Wenn die Kugellager ausfielen, machten sie laute Geräusche, aber die Informationen waren zumindest langsam lesbar. Nun müssen Sie bei einem Lagerkeil mit einem Spezialwerkzeug alle Scheiben entfernen und an einem funktionierenden Spindelmotor montieren. Der Vorgang ist sehr komplex und führt selten zu einer erfolgreichen Datenwiederherstellung. Ein Keil kann durch eine starke Positionsänderung aufgrund des großen Wertes der Coriolis-Kraft entstehen, die auf die Achse wirkt und zu ihrer Biegung führt. Beispielsweise befinden sich in einer Box externe 3,5-Zoll-Laufwerke. Die Kiste stand senkrecht, berührte sie und fiel waagerecht. Es scheint, dass er nicht weit geflogen ist?! Aber nein – der Motor ist blockiert und es können keine Informationen eingeholt werden.

Zweitens kann Schmierstoff aus einem hydrodynamischen Lager austreten (es ist flüssig, im Gegensatz zum Gelschmierstoff, der in Kugellagern verwendet wird, ziemlich viel davon) und auf die Magnetplatten gelangen. Um zu verhindern, dass Schmierstoff auf magnetische Oberflächen gelangt, verwenden Sie Schmierstoff mit Partikeln, die magnetische Eigenschaften haben und deren magnetische Fallen einfangen. Sie verwenden außerdem einen Absorptionsring um die Stelle eines möglichen Lecks. Eine Überhitzung der Festplatte trägt zur Leckage bei, daher ist es wichtig, die Betriebstemperatur zu überwachen.

Der Zusammenhang zwischen russischer und englischer Terminologie wurde von Leonid Vorzhev geklärt.

Update 2018, Sergey Yatsenko

Eine Vervielfältigung oder Zitierung ist unter Wahrung des Verweises auf das Original gestattet.

Die Festplatte ist fast eines der wichtigsten Elemente eines modernen Computers. Da es in erster Linie für die langfristige Speicherung Ihrer Daten konzipiert ist, können dies Spiele, Filme und andere große Dateien sein, die auf Ihrem PC gespeichert sind. Und es wäre schade, wenn es plötzlich ausfallen könnte und Sie dadurch alle Ihre Daten verlieren könnten, deren Wiederherstellung sehr schwierig sein kann. Und um dieses Element richtig zu bedienen und auszutauschen, müssen Sie verstehen, wie es funktioniert und was eine Festplatte ist.

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Funktionsweise einer Festplatte, ihre Komponenten und technischen Eigenschaften.

Typischerweise sind die Hauptelemente einer Festplatte mehrere runde Aluminiumplatten. Im Gegensatz zu Disketten (vergessene Disketten) sind sie schwer zu biegen, daher der Name Festplatte. In manchen Geräten sind sie nicht entfernbar installiert und werden als fest installiert (Fixeddisk). Bei gewöhnlichen Desktop-Computern und sogar einigen Laptop- und Tablet-Modellen können sie jedoch problemlos ausgetauscht werden.

Abbildung: Festplatte ohne obere Abdeckung

Die Notiz!

Warum werden Festplatten manchmal Festplatten genannt und was haben sie mit Schusswaffen zu tun? Irgendwann in den 1960er Jahren brachte IBM mit der Entwicklungsnummer 30-30 eine damalige Hochgeschwindigkeitsfestplatte auf den Markt. Was mit der Bezeichnung der berühmten Winchester-Gewehrwaffe zusammenfiel und daher dieser Begriff bald im Computer-Slang verankert wurde. Tatsächlich haben Festplatten jedoch nichts mit echten Festplatten gemein.

Wie funktioniert eine Festplatte?

Das Aufzeichnen und Lesen von Informationen, die sich auf den konzentrischen Kreisen der Festplatte befinden und in Sektoren unterteilt sind, erfolgt mit universellen Schreib-/Leseköpfen.

Jede Seite der Platte verfügt über eine eigene Spur zum Schreiben und Lesen, die Köpfe befinden sich jedoch auf einem gemeinsamen Laufwerk für alle Platten. Aus diesem Grund bewegen sich die Köpfe synchron.

YouTube-Video: Festplattenbetrieb öffnen

Bei normalem Laufwerksbetrieb ist kein Kontakt zwischen den Köpfen und der magnetischen Oberfläche der Festplatte möglich. Wenn jedoch kein Strom vorhanden ist und das Gerät stoppt, fallen die Köpfe trotzdem auf die magnetische Oberfläche.

Beim Betrieb der Festplatte entsteht zwischen der Oberfläche der rotierenden Platte und dem Kopf ein kleiner Luftspalt. Wenn ein Staubkorn in diesen Spalt eindringt oder das Gerät geschüttelt wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Kopf mit der rotierenden Oberfläche kollidiert. Ein starker Aufprall kann zum Versagen des Kopfes führen. Diese Ausgabe kann dazu führen, dass mehrere Bytes beschädigt werden oder das Gerät völlig funktionsunfähig wird. Aus diesem Grund wird bei vielen Geräten die magnetische Oberfläche legiert und anschließend mit einem speziellen Schmiermittel versehen, um periodischen Kopfschütteln standzuhalten.

Einige moderne Laufwerke verwenden einen Lade-/Entlademechanismus, der verhindert, dass die Köpfe die magnetische Oberfläche berühren, selbst wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Formatierung auf hoher und niedriger Ebene

Mithilfe der High-Level-Formatierung kann das Betriebssystem Strukturen erstellen, die die Arbeit mit auf der Festplatte gespeicherten Dateien und Daten erleichtern. Alle verfügbaren Partitionen (logische Laufwerke) sind mit einem Volume-Bootsektor, zwei Kopien der Dateizuordnungstabelle und einem Root-Verzeichnis ausgestattet. Durch die oben genannten Strukturen gelingt es dem Betriebssystem, Speicherplatz zuzuweisen, den Speicherort von Dateien zu verfolgen und auch beschädigte Bereiche auf der Festplatte zu umgehen.

Mit anderen Worten: Bei der High-Level-Formatierung geht es darum, ein Inhaltsverzeichnis für die Festplatte und das Dateisystem (FAT, NTFS usw.) zu erstellen. „Echte“ Formatierung kann nur als Low-Level-Formatierung klassifiziert werden, bei der die Festplatte in Spuren und Sektoren unterteilt wird. Mit dem DOS-Befehl FORMAT durchläuft eine Diskette beide Arten der Formatierung gleichzeitig, während eine Festplatte nur einer High-Level-Formatierung unterzogen wird.

Um eine Low-Level-Formatierung auf einer Festplatte durchzuführen, müssen Sie ein spezielles Programm verwenden, das meist vom Festplattenhersteller bereitgestellt wird. Beim Formatieren von Disketten mit FORMAT müssen beide Vorgänge ausgeführt werden, während bei Festplatten die oben genannten Vorgänge separat ausgeführt werden sollten. Darüber hinaus durchläuft die Festplatte einen dritten Vorgang – die Erstellung von Partitionen, die eine Voraussetzung für die Verwendung von mehr als einem Betriebssystem auf einem PC sind.

Die Organisation mehrerer Partitionen ermöglicht es, auf jeder davon eine eigene Betriebsinfrastruktur mit separatem Volume und logischen Laufwerken zu installieren. Jedes Volume oder logische Laufwerk hat seine eigene Buchstabenbezeichnung (z. B. Laufwerk C, D oder E).

Woraus besteht eine Festplatte?

Fast jede moderne Festplatte enthält die gleichen Komponenten:

Festplatten(ihre Zahl erreicht am häufigsten 5 Stück);

Lese-/Schreibköpfe(ihre Zahl erreicht am häufigsten 10 Stück);

Kopfantriebsmechanismus(Dieser Mechanismus bringt die Köpfe in die gewünschte Position);

Diskettenlaufwerksmotor(ein Gerät, das Scheiben in Rotation versetzt);

Luftfilter(Filter befinden sich im Antriebsgehäuse);

Leiterplatte mit Steuerschaltungen(über diese Komponente werden Antrieb und Controller verwaltet);

Kabel und Steckverbinder(Elektronische Festplattenkomponenten).

Eine versiegelte Box – HDA – wird am häufigsten als Gehäuse für Platten, Köpfe, einen Kopfantriebsmechanismus und einen Plattenantriebsmotor verwendet. Normalerweise handelt es sich bei dieser Box um eine einzelne Einheit, die fast nie geöffnet wird. Andere Komponenten, die nicht im HDA enthalten sind, darunter Konfigurationselemente, Leiterplatte und Frontplatte, sind abnehmbar.

Automatisches Kopfpark- und Kontrollsystem

Bei Stromausfall ist ein Kontaktparksystem vorgesehen, dessen Aufgabe es ist, die Stange mit den Köpfen auf die Scheiben selbst abzusenken. Ungeachtet der Tatsache, dass das Laufwerk Zehntausende Auf- und Abbewegungen der Leseköpfe aushält, muss dies alles in speziell dafür vorgesehenen Bereichen geschehen.

Bei ständigem Auf- und Abstieg kommt es zwangsläufig zum Abrieb der Magnetschicht. Wenn das Laufwerk nach Abnutzung erschüttert wird, kann es zu Schäden an der Festplatte oder den Köpfen kommen. Um die oben genannten Probleme zu vermeiden, sind moderne Laufwerke mit einem speziellen Lade-/Entlademechanismus ausgestattet, bei dem es sich um eine Platte handelt, die auf der Außenfläche der Festplatten angebracht wird. Diese Maßnahme verhindert, dass der Kopf die magnetische Oberfläche berührt, auch wenn der Strom ausgeschaltet ist. Beim Abschalten der Spannung „parkt“ der Antrieb die Köpfe automatisch auf der Oberfläche der geneigten Platte.

Ein wenig über Luftfilter und Luft

Fast alle Festplatten sind mit zwei Luftfiltern ausgestattet: einem barometrischen Filter und einem Umluftfilter. Was die oben genannten Filter von austauschbaren Modellen unterscheidet, die in Laufwerken älterer Generationen verwendet werden, besteht darin, dass sie im Gehäuse untergebracht sind und voraussichtlich erst am Ende ihrer Lebensdauer ausgetauscht werden.

Bei alten Festplatten wurde die Technologie verwendet, bei der ständig Luft in das Gehäuse hinein und aus diesem heraus bewegt wurde, wobei ein Filter verwendet wurde, der regelmäßig gewechselt werden musste.

Die Entwickler moderner Antriebe mussten auf dieses Schema verzichten, und daher dient der Umluftfilter, der sich im versiegelten HDA-Gehäuse befindet, nur dazu, die Luft im Inneren der Box von den kleinsten im Gehäuse eingeschlossenen Partikeln zu filtern. Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen bilden sich nach wiederholten Landungen und Starts der Köpfe immer noch kleine Partikel. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das Antriebsgehäuse abgedichtet ist und Luft darin gepumpt wird, funktioniert es auch in stark verschmutzten Umgebungen weiterhin.

Schnittstellenanschlüsse und Anschlüsse

Viele moderne Festplatten sind mit mehreren Schnittstellenanschlüssen ausgestattet, die für den Anschluss an die Stromquelle und das gesamte System ausgelegt sind. In der Regel enthält das Laufwerk mindestens drei Arten von Anschlüssen:

Schnittstellenanschlüsse;

Netzteilanschluss;

Erdungsanschluss.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen die Schnittstellenanschlüsse, da diese für den Empfang/die Übertragung von Befehlen und Daten durch den Antrieb ausgelegt sind. Viele Normen schließen die Möglichkeit, mehrere Antriebe an einen Bus anzuschließen, nicht aus.

Wie oben erwähnt, können Festplattenlaufwerke mit mehreren Schnittstellenanschlüssen ausgestattet sein:

MFM und ESDI- ausgestorbene Anschlüsse, die bei den ersten Festplatten verwendet wurden;

IDE/ATA- ein Anschluss zum Anschließen von Speichergeräten, der aufgrund seiner geringen Kosten seit langem am gebräuchlichsten ist. Technisch ähnelt diese Schnittstelle dem 16-Bit-ISA-Bus. Die anschließende Entwicklung von IDE-Standards trug zu einer Erhöhung der Datenaustauschgeschwindigkeit sowie zur Entstehung der Möglichkeit bei, mithilfe der DMA-Technologie direkt auf den Speicher zuzugreifen.

Serial ATA- ein Anschluss, der IDE ersetzte, bei dem es sich physikalisch um eine unidirektionale Leitung handelt, die für die serielle Datenübertragung verwendet wird. Der Kompatibilitätsmodus ähnelt der IDE-Schnittstelle. Durch das Vorhandensein eines „nativen“ Modus können Sie jedoch zusätzliche Funktionen nutzen.

SCSI- eine universelle Schnittstelle, die aktiv auf Servern zum Anschluss von Festplatten und anderen Geräten verwendet wurde. Trotz guter technischer Leistung hat es sich aufgrund der hohen Kosten nicht so weit verbreitet wie IDE.

SAS- serielles analoges SCSI.

USB- eine Schnittstelle, die zum Anschluss externer Festplatten notwendig ist. Der Informationsaustausch erfolgt in diesem Fall über das USB-Massenspeicherprotokoll.

FireWire- ein USB-ähnlicher Anschluss, der zum Anschluss einer externen Festplatte erforderlich ist.

Fibre-Channel-Schnittstelle, die aufgrund der hohen Datenübertragungsraten von High-End-Systemen verwendet wird.

Qualitätsindikatoren für Festplatten

Kapazität– die Menge an Informationen, die das Laufwerk speichern kann. Bei modernen Festplatten kann dieser Wert bis zu 4 Terabyte (4000 Gigabyte) erreichen;

Leistung. Dieser Parameter hat einen direkten Einfluss auf die Reaktionszeit und die durchschnittliche Geschwindigkeit der Informationsübertragung;

Zuverlässigkeit– ein Indikator, der durch die mittlere Zeit zwischen Ausfällen bestimmt wird.

Grenzen der physischen Kapazität

Die von einer Festplatte maximal genutzte Kapazität hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter der Schnittstelle, den Treibern, dem Betriebssystem und dem Dateisystem.

Das erste ATA-Laufwerk, das 1986 auf den Markt kam, hatte eine Kapazitätsgrenze von 137 GB.

Verschiedene BIOS-Versionen trugen auch dazu bei, die maximale Kapazität von Festplatten zu verringern, sodass Systeme, die vor 1998 gebaut wurden, eine Kapazität von bis zu 8,4 GB hatten und Systeme, die vor 1994 veröffentlicht wurden, eine Kapazität von 528 MB hatten.

Auch nach der Lösung der Probleme mit dem BIOS blieb die Kapazitätsbeschränkung von Laufwerken mit ATA-Anschlussschnittstelle bestehen; Diese Einschränkung wurde durch den 2001 veröffentlichten ATA-6-Standard überwunden. Dieser Standard verwendete ein erweitertes Adressierungsschema, was wiederum zu einer Erhöhung der Speicherkapazität auf 144 GB beitrug. Eine solche Lösung ermöglichte die Einführung von Laufwerken mit PATA- und SATA-Schnittstellen, deren Speicherkapazität über dem festgelegten Grenzwert von 137 GB liegt.

Betriebssystembeschränkungen für die maximale Lautstärke

Fast alle modernen Betriebssysteme legen keine Einschränkungen für einen Indikator wie die Kapazität von Festplatten fest, was bei früheren Versionen von Betriebssystemen nicht der Fall ist.

Beispielsweise erkannte DOS keine Festplatten mit einer Kapazität von mehr als 8,4 GB, da der Zugriff auf die Laufwerke in diesem Fall über die LBA-Adressierung erfolgte, während in DOS 6.x und früheren Versionen nur die CHS-Adressierung unterstützt wurde.

Bei der Installation von Windows 95 gibt es außerdem eine Beschränkung der Festplattenkapazität. Der Maximalwert für diese Beschränkung beträgt 32 GB. Darüber hinaus unterstützen aktualisierte Versionen von Windows 95 nur das FAT16-Dateisystem, was wiederum eine Begrenzung der Partitionsgröße auf 2 GB vorsieht. Daraus folgt, dass bei Verwendung einer 30-GB-Festplatte diese in 15 Partitionen aufgeteilt werden muss.

Einschränkungen des Betriebssystems Windows 98 ermöglichen die Verwendung größerer Festplatten.

Eigenschaften und Parameter

Jede Festplatte verfügt über eine Liste technischer Merkmale, anhand derer ihre Verwendungshierarchie festgelegt wird.

Als Erstes sollten Sie auf die Art der verwendeten Schnittstelle achten. Vor kurzem hat jeder Computer begonnen, zu verwenden SATA.

Der zweite ebenso wichtige Punkt ist die Menge an freiem Speicherplatz auf der Festplatte. Sein Mindestwert beträgt heute nur 80 GB, während der Höchstwert 4 TB beträgt.

Ein weiteres wichtiges Merkmal beim Kauf eines Laptops ist der Formfaktor der Festplatte.

Am beliebtesten sind dabei Modelle mit einer Größe von 2,5 Zoll, während bei Desktop-PCs die Größe 3,5 Zoll beträgt.

Die Spindeldrehzahl sollte man nicht vernachlässigen, die Mindestwerte liegen bei 4200, die Höchstwerte bei 15000 U/min. Alle oben genannten Eigenschaften haben einen direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit der Festplatte, die in MB/s ausgedrückt wird.

Festplattengeschwindigkeit

Von nicht geringer Bedeutung sind die Geschwindigkeitsindikatoren der Festplatte, die bestimmt werden durch:

Spulengeschwindigkeit, gemessen in Umdrehungen pro Minute. Seine Aufgabe besteht nicht darin, die tatsächliche Austauschgeschwindigkeit direkt zu ermitteln; es ermöglicht lediglich die Unterscheidung eines schnelleren Geräts von einem langsameren Gerät.

Zugriffszeit. Dieser Parameter berechnet die Zeit, die die Festplatte vom Empfang eines Befehls bis zur Übertragung von Informationen über die Schnittstelle benötigt. Am häufigsten verwende ich die Durchschnitts- und Maximalwerte.

Kopfpositionierungszeit. Dieser Wert gibt die Zeit an, die die Köpfe benötigen, um sich von einer Spur zur anderen zu bewegen und einzurichten.

Bandbreite oder Festplattenleistung bei der sequentiellen Übertragung großer Datenmengen.

Interne Datenübertragungsrate oder die Geschwindigkeit der vom Controller an die Köpfe übertragenen Informationen.

Externe Baudrate oder die Geschwindigkeit der über die externe Schnittstelle übertragenen Informationen.

Ein wenig über S.M.A.R.T.

SCHLAU.– ein Dienstprogramm zur unabhängigen Überprüfung des Status moderner Festplatten, die die PATA- und SATA-Schnittstellen unterstützen, sowie solcher, die auf PCs mit dem Windows-Betriebssystem (von NT bis Vista) laufen.

SCHLAU. berechnet und analysiert in gleichen Zeitabständen den Zustand angeschlossener Festplatten, unabhängig davon, ob das Betriebssystem läuft oder nicht. Nachdem die Analyse durchgeführt wurde, wird das Diagnoseergebnis-Symbol in der rechten Ecke der Taskleiste angezeigt. Basierend auf den Ergebnissen von S.M.A.R.T. Diagnose kann das Symbol Folgendes anzeigen:

Für den hervorragenden Zustand jeder an den Computer angeschlossenen Festplatte, die S.M.A.R.T. unterstützt. Technologie;

Die Tatsache, dass ein oder mehrere Gesundheitsindikatoren den Schwellenwert nicht erreichen, während die Parameter „Pre-Failure/Advisory“ einen Nullwert haben. Der obige Zustand der Festplatte gilt nicht als Vorfehler. Wenn diese Festplatte jedoch wichtige Informationen enthält, wird empfohlen, diese so oft wie möglich auf einem anderen Medium zu speichern oder die Festplatte auszutauschen.

Die Tatsache, dass ein oder mehrere Statusindikatoren den Schwellenwert nicht erreichen, während die Pre-Failure-/Advisory-Parameter einen aktiven Wert haben. Nach Angaben der Festplattenentwickler handelt es sich hierbei um einen Vor-Notfall-Zustand und es lohnt sich nicht, Informationen auf einer solchen Festplatte zu speichern.

Zuverlässigkeitsfaktor

Ein Indikator wie die Zuverlässigkeit der Datenspeicherung ist eines der wichtigsten Merkmale einer Festplatte. Die Ausfallrate einer Festplatte beträgt einmal alle hundert Jahre, woraus wir schließen können, dass die Festplatte als die zuverlässigste Datenspeicherquelle gilt. Gleichzeitig wird die Zuverlässigkeit jeder Festplatte direkt von den Betriebsbedingungen und dem Gerät selbst beeinflusst. Manchmal liefern Hersteller ein völlig „rohes“ Produkt auf den Markt, und deshalb können Sie die Sicherung nicht vernachlässigen und sich vollständig auf die Festplatte verlassen.

Kosten und Preis

Die Kosten für Festplatten werden von Tag zu Tag geringer. Beispielsweise beträgt der Preis für eine 500-GB-ATA-Festplatte heute durchschnittlich 120 US-Dollar, verglichen mit 1.800 US-Dollar im Jahr 1983 für eine 10-MB-Festplatte.

Aus der obigen Aussage können wir schließen, dass die Kosten für Festplatten weiter sinken werden und daher in Zukunft jeder in der Lage sein wird, relativ große Festplatten zu vernünftigen Preisen zu erwerben.