Теоретична частина. Незмінною частиною комп'ютера є фізичні пристрої або середовище для зберігання даних, використовуваних в обчисленнях

Незмінною частиною комп'ютера є фізичні пристрої або середовище для зберігання даних, використовуваних в обчисленнях, протягом певного часу. Звичайно використають кілька запам'ятовувальних пристроїв, що мають різні характеристики.

До теперішнього часу створена безліч пристроїв, призначених для зберігання даних, заснованих на використанні самих різних фізичних ефектів.

Універсального рішення не існує, у кожного є свої достоїнства й недоліки, тому комп'ютерні системи звичайно оснащуються декількома видами систем зберігання, основні властивості яких спричиняються їхнє використання й призначення.

Найбільш відомі запам'ятовувальні пристрої, що використовуються в ПК,:

- модулі оперативної пам'яті;

- жорсткі диски (вінчестери);

- дискети (гнучкі магнітні диски);

- CD- або DVD-диски;

- пристрої флеш-пам'яті.

Накопичувач на жорстких магнітних дисках (Hard (Magnetіc) Dіsk Drіve, HDD, HMDD), жорсткий диск, вінчестер – пристрій для зберігання інформації, заснований на принципі магнітної записи (рис. 7.1, 7.2). Є основним накопичувачем даних у більшості комп'ютерів.

Його конструкція складається з:

- гермозони, що містить у собі:

o корпус із міцного сплаву;

o властиво диски (пластини) з магнітним покриттям. Диски (пластини), як правило, виготовлені з металевого сплаву. Хоча були спроби робити їх із пластику й навіть скла, але такі пластини виявилися тендітними й недовговічними. Обидві площини пластин, подібно магнітофонній стрічці, покриті найтоншим пилом феромагнетику – окислів заліза, марганцю й інших металів. Точний склад і технологія нанесення тримаються в секреті. Більшість бюджетних пристроїв містить 1 або 2 пластини, але існують моделі з бóльшим числом пластин;

o блок голівок із пристроєм позиціонування. Блок голівок – це пакет важелів із пружинистої сталі (по парі на кожен диск). Одним кінцем вони закріплені на осі поруч із краєм диска. На інших кінцях (над дисками) закріплені голівки;

o електропривод шпинделя;

- блоку електроніки, що включає в себе:

o керуючий блок;

o постійний запам'ятовувальний пристрій (ПЗУ);

o буферну пам'ять;

o інтерфейсний блок, що забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з іншою системою;

o блок цифрової обробки сигналу;

- роз’ємів.

Диски.

Магнітний диск – кругла пластина з легких сплавів на основі алюмінію або, в рідких випадках, з кераміки або спеціального скла, на поверхню якої наносять шар кобальту вакуумним напилюванням для додання диску магнітних властивостей. Технологія напилювання магнітного диска близька до тієї, котра використається при виробництві інтегральних мікросхем.

Магнітне покриття диска являє собою безліч дрібних областей, називаних доменами, які під впливом зовнішнього магнітного поля, створюваного магнітними голівками при записі інформації, міняють вектор намагніченості.

Рис. 7.1. Елементи накопичувача на жорстких магнітних дисках

Рис. 7.2. Накопичувач на жорстких магнітних дисках

Після припинення дії зовнішнього поля на поверхні диска утворяться зони залишкової намагніченості. У такий спосіб зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, виявившись при обертанні диска напроти магнітної голівки, наводять у ній електрорушійну силу, що дозволяє зчитати інформацію назад. Усередині жорсткого диска може бути встановлено кілька пластин магнітних дисків, жорстко посаджених на вал шпиндельного двигуна. Кількість робочих поверхонь, відповідно, удвічі більше (по двох на кожному диску).

Під час роботи шпиндель обертається зі швидкістю кілька тисяч оборотів у хвилину (3600, 4200, 5400, 5900, 7200, 9600, 10000, 15000).

При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, що піднімає голівки й змушує їх парити над поверхнею пластини.

Форма головок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. Поки диски не розігналися до швидкості, необхідної для "зльоту" головок, паркувальний пристрій утримує головки в зоні паркування. Це запобігає пошкодженню головок і робочої поверхні пластин.

Шпиндельний двигун жорсткого диска трифазний, що забезпечує стабільність обертання магнітних дисків. Статор двигуна містить три обмотки, які включені зіркою з відводом посередині, а ротор – постійний секційний магніт. Для забезпечення малого биття на високих оборотах в двигуні використовуються гідродинамічні підшипники.

У жорстких дисках розмітка на сектори проводиться в процесі виготовлення накопичувача шляхом запису на диску сервоміток (рис. 7.3), які створюються за допомогою спеціального високоточного зовнішнього механічного пристрою через технологічне вікно в герметичному блоці, яке після завершення розмітки заклеюється.

Рис. 7.3. Приклад серворозмітки

Для контролю за переміщенням магнітних головок у час розмітки використовується лазерний вимірювач відстані. Сервомітки наносяться на робочу поверхню магнітного диска, утворюючи циліндричні доріжки, розташовані на однаковому відстані від центру обертання магнітного диска. Кожна доріжка форматується на різну кількість секторів в залежності від довжини кола, забезпечуючи постійну щільність запису.

При звичайній роботі жорсткого диска сервомітки, що знаходяться між секторами, виділяються з потоку даних накопичувача і використовуються для утримання магнітної головки над необхідної доріжкою незалежно від зовнішніх впливів і теплової деформації елементів, а так само для ідентифікації секторів і стабілізації частоти обертання магнітного диска шпиндельним двигуном.

Сервоінформація є основою розмітки диска, і при її псуванні контролер жорсткого диска не може відновити її самостійно. Зазвичай це супроводжується стукотом позиціонера об механічні обмежувачі і "зависанням" накопичувача.

Пристрій позиціонування головок.

Пристрій позиціонування головок складається з нерухомої пари сильних неодимових постійних магнітів, а також котушки на рухомому блоці головок.

У середині гермозони немає вакууму. Одні виробники роблять її герметичною (звідси й назва) і заповнюють очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами, зокрема, азотом; а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану.

Вирівнювання тиску необхідно, щоб запобігти деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску і температури, а також при прогріванні пристрою під час роботи.

Порошинки, що опинилися при складанні в гермозоні і потрапили на поверхню диска, при обертанні зносяться на ще один фільтр – пиловловлювач.

Блок управління.

Блок управління являє собою систему управління, яка приймає електричні сигнали позиціонування головок.

Вона виробляє керуючі впливи:

- приводом типу "звукова котушка";

- комутації інформаційних потоків з різних головок;

- управління роботою всіх інших вузлів (наприклад, керування швидкістю обертання шпинделя);

- прийому і обробки сигналів з датчиків пристрою (система датчиків може включати в себе одноосний акселерометр, що використовується в якості датчика удару, тривісний акселерометр, якій використовується в якості датчика вільного падіння, датчик тиску, датчик кутових прискорень, датчик температури).