Jak działa dysk twardy HDD

Dysk twardy (HDD - Hard Disk Drive) jest urządzeniem służącym instalacji oprogramowania komputerowego (w tym systemu operacyjnego) oraz magazynowaniu wszelkich danych użytkownika. Budowany jest najczęściej w postaci wewnętrznego podzespołu komputera (choć bywają także dyski zewnętrzne).

HDD jest rodzajem pamięci trwałej. Zapisane informacje pozostają dostępne do momentu ich usunięcia bądź awarii dysku. Uszkodzenie dysku blokuje na ogół dostęp do całego systemu, także plików gromadzonych przez użytkownika. Mamy nadzieję, iż znajomość budowy i sposobu działania dysku będzie mieć wpływ na właściwą eksploatację urządzenia, a co za tym idzie, jego długą i bezawaryjną pracę.

Dyski HDD to niezwykle wrażliwe podzespoły. Mobilność laptopa nie oznacza zgody na nieostrożne i niedelikatne jego traktowanie podczas gdy jest uruchomiony. Nawet zwykły wstrząs może spowodować zetknięcie głowicy z powierzchnią talerza i wystąpienie natychmiastowej awarii, bądź uszkodzenia sektorów, które w dłuższym czasie także mogą doprowadzić do usterki.

Niech te realne dla każdego użytkownika zagrożenia przekonają nas, iż warto zapoznać się z mechanizmem działania tych delikatnych, budowanych z niezwykłą precyzją podzespołów.

Budowa HDD

Talerze

Jednym z elementów dysku twardego jest zespół talerzy (platerów). Wykonane są one najczęściej z aluminium pokrytego mikrometrową warstwą materiału ferromagnetycznego. Ferromagnetyk umożliwia zastosowanie magnetycznej formy zapisu - odpowiednie ukierunkowanie domen i tworzenie ciągu bitów informacji.

Głowice

Zapis i odczyt bitów informacji z talerzy dysków odbywa się za pomocą głowic elektromagnetycznych. Każdy talerz posiada osobną głowicę zapisująco-odczytującą. Podczas pracy dysku głowice unoszą się w niewielkiej odległości od powierzchni talerzy. Odległość ta jest efektem wysokiej prędkości obracających się platerów - wytworzona zostaje wówczas poduszka powietrzna utrzymująca głowice w odpowiedniej odległości od wirujących talerzy dysku.

Pozycjoner i serwomechanizm

Głowice umieszczone są na ruchomym ramieniu zwanym pozycjonerem, który wraz z serwomechanizmem odpowiada za szybkie oraz precyzyjne ruchy głowic - ich przemieszczanie do właściwych sektorów talerzy dyskowych i pozycjonowanie nad wymaganą ścieżką zapisanej informacji.

Elektronika dysku

W jej skład wchodzą układy sterujące pracą mechaniki dysku, a także odpowiedzialne za przetwarzanie płynących sygnałów zapisu i odczytu. Pracą dysku kieruje procesor sygnałowy, oprogramowanie sterujące wypełnia pamięć ROM, dane buforowane są w pamięci RAM, bity płyną interfejsem sygnałowym (ATA, SATA), serwomechanizmem pozycjonera zawiaduje układ sterujący.

Obudowa dysku

Cały mechanizm dysku zamknięty jest w obudowie, której zadanie polega na ochronie niezwykle delikatnych i wrażliwych elementów urządzenia przed uszkodzeniem mechanicznym, kurzem i wilgocią. Dyski montowane są w sterylnych warunkach. Ich otwieranie poza specjalnymi komorami laminarnymi jest niewskazane. Biorąc pod uwagę mikroskopijne odległości (rzędu mikrometrów) głowic od talerzy, nawet najmniejsza drobina pyłu może doprowadzić do zablokowania mechanizmu oraz uszkodzenia dysku.

Działanie dysku twardego

Uruchomienie dysku następuje zgodnie z komendami znajdującymi się w firmware dysku. Firmware dysku (oprogramowanie sprzętowe) zarządza jego podstawowymi funkcjami, przepływem informacji, odpowiada za monitoring warunków jego pracy. Fizycznie może znajdować się w pamięci, jak również masce procesora (część odpowiedzialna za rozruch, wgranie oprogramowania do pamięci, uruchomienie silnika dysku oraz zespołu głowic), a także w “strefie serwisowej”, specjalnych sektorach na talerzach dysku (funkcje kontroli bezpieczeństwa).

W momencie rozpoczęcia pracy, procesor sygnałowy uruchamia silnik. Talerze zaczynają wirować i po osiągnięciu właściwej prędkości załączony zostaje serwomechanizm pozycjonera. Następuje odczyt oprogramowania strefy serwisowej dysku, modułów wsadowych i parametrów pracy głowic, w efekcie czego dysk jest rozpoznawany przez BIOS komputera, zgłaszając gotowość do działania.

Pozycjonowanie głowic

Bardzo istotne jest ustawienie głowicy dokładnie nad środkiem ścieżki zapisu. Niewielkie przesunięcie generuje błędny odczyt informacji. Właściwy odczyt danych zapewnia ścieżka sterująca płynnie regulująca działanie mechanizmu głowicy, a przez to najwyższą precyzję pozycjonowania i szybkość przepływu bitów informacji. Ciągły kontakt ze ścieżką sterującą, a przez to spełnienie wymienionych warunków, zapewnia wykorzystywana obecnie technika „Embedded Servo”. Zastąpiła ona wcześniejszą metodę „Dedicated Servo”, polegającą na okresowych kalibracjach głowicy, w czasie których musiała nastąpić spowalniająca odczyt przerwa w transmisji danych.

Zapis i odczyt danych

Informacje na talerzach dysku są zapisywane za pomocą strumienia elektromagnetycznego powstającego w wyniku przepływu prądu przez cewkę głowicy. Powstaje uporządkowany ciąg domen ferromagnetycznych tworzący ścieżkę zapisu informacji. Odczyt danych powstaje w efekcie oddziaływania pola magnetycznego - namagnesowana powierzchnia talerzy indukuje stosowny przepływ prądu w głowicy.

Jak widać dyski twarde należą do konstrukcyjnie skomplikowanych i delikatnych urządzeń. Podczas użytkowania zalecamy rozwagę i radzimy nie poddawać ich zbyt ciężkim próbom.