Как работают жесткие диски? 💻💿🛠

Жесткие диски хранят огромные объемы данных в невероятно компактной форме, при этом на небольшом металлическом диске можно разместить книги объемом с целую библиотеку. Внутренние компоненты включают головки чтения и записи, которые взаимодействуют с дорожками, секторами и магнитными доменами для управления хранением данных. Последние достижения позволили значительно увеличить плотность хранения, позволяя хранить более одного терабита информации на квадратный дюйм.

Жесткий диск содержит несколько ключевых компонентов, необходимых для хранения данных. Основным элементом является пластина, изготовленная из алюминиево-магниевого сплава с магнитным слоем кобальт-хром-тантал, которая сохраняет данные с помощью небольших магнитных доменов, которыми можно манипулировать. Эта пластина вращается со скоростью 7200 оборотов в минуту, приводимая в действие бесщеточным двигателем постоянного тока, в то время как блок насадок парит всего в 15 нанометрах над ее поверхностью, используя воздушный поток, создаваемый при вращении, для эффективного считывания и записи информации. Движение этого рычага в сборе контролируется двигателем с звуковой катушкой, который обеспечивает точное позиционирование с точностью до 30 нанометров по дорожкам на диске.

Жесткие диски, особенно диски с частотой вращения 7200 оборотов в минуту, состоят из концентрических дорожек, разделенных на сектора. Каждый сектор содержит зону синхронизации для получения информации о скорости и длине данных, адрес для определения местоположения дорожки и положения сектора, фактические сохраненные данные (обычно 4 килобайта), код исправления ошибок (ECC) для обеспечения точности записи и считывания данных, а также промежутки между секторами для обеспечения допустимости при записи. Данные записываются путем изменения намагниченности в крошечных областях в слое кобальт-хром-тантал на диске; подача тока создает магнитное поле, которое выравнивает поля атомов в этих областях, образуя постоянные магниты. Такое выравнивание позволяет считывающим головкам считывать сохраненные данные до тех пор, пока не будут перезаписаны новые биты.

Данные считываются с жесткого диска путем обнаружения изменений в ориентации магнитных доменов. Переход между соседними доменами обозначается двоичной цифрой 1, в то время как отсутствие изменений означает 0. Считывающая головка содержит многослойный проводящий материал, который использует гигантское магнитосопротивление (GMR) для измерения удельного сопротивления на основе напряженности магнитного поля; низкое удельное сопротивление соответствует сильным полям и, следовательно, равно 1, тогда как высокое удельное сопротивление указывает на отсутствие изменений и равно 0. Чтобы устранить потенциальную неоднозначность при использовании строк из нулей, каждый сектор содержит чередующиеся домены в качестве преамбул для определения размера, а также коды исправления ошибок в конце.

Достижения в области технологий хранения данных на жестких дисках значительно повысили плотность памяти, позволив за последние 60 лет вместить в заданную область более чем в 50 миллионов раз больше битов. Стоимость хранения триллионов битов снизилась более чем в 100 миллионов раз, что делает современные накопители невероятно доступными — менее чем за 40 долларов по сравнению с 4 миллиардами долларов, которые стоили бы такие же диски, как в 1960-х годах. Современные жесткие диски обеспечивают не только большой объем памяти, но и повышенную скорость и надежность по сравнению со своими предшественниками.

Компания PCBWay предлагает доступные по цене и надежные печатные платы, идеально подходящие как для создания прототипов, так и для массового производства. Они обеспечивают быстрое изготовление по конкурентоспособным ценам при соблюдении высоких стандартов. Для тех, кто хочет сэкономить время на сборке, компания PCBWay предоставляет услуги, которые включают подбор компонентов и пайку, а также регулярные обновления в процессе производства. Непосредственное сотрудничество с инженерами позволяет разрабатывать индивидуальные протоколы программирования и тестирования.

Последние достижения в области технологии жестких дисков значительно увеличили емкость хранилища данных. Переход от горизонтальных магнитных доменов к вертикальным позволяет более эффективно использовать пространство, поскольку домены меньшего размера меньше подвержены колебаниям температуры. Магнитная запись с наложением полос (SMR) позволяет перекрывать дорожки без защитных полос, увеличивая плотность дорожек, но потенциально снижая производительность из-за дополнительных операций чтения/записи при изменении данных. Магнитная запись с тепловым ускорением (HAMR), которая все еще находится в стадии разработки, использует лазер для нагрева области записи, что облегчает манипулирование меньшими магнитными областями и дальнейшее уменьшение размеров доменов.