2.4. Накопители на жестких магнитных дисках

Общая характеристика и особенности функционирования. НЖМД по многим техническим характеристикам (информационной емкости, времени обращения, скорости обмена данными, надежности и др.) значительно превосходят НГМД, обеспечивая более производительную и надежную работу ПЭВМ. Их конструкции, пред­назначенные для использования в составе ПЭВМ, имеют, как пра­вило, такие же размеры и диаметр дисков, что и НГМД, те же напряжения электропитания (5 и 12 В), так что с конструктивной точки зрения они полностью взаимозаменяемы с НГМД. Однако НЖМД содержат большее число прецизионных электромеханиче­ских узлов и механических деталей, поэтому значительно сложнее по конструкции, а следовательно, и дороже. Большинство моделей НЖМД, применяемых в ПЭВМ, выполняются несменными. Поэтому для загрузки в них программ и данных, для создания архивов требуется иметь в составе ПЭВМ какое-либо другое ВЗУ, чаще всего НГМД. И все же долгие годы они являются самым распро­страненным типом ВЗУ для настольных ПЭВМ. По этим причинам практически все профессиональные ПЭВМ до сих пор оборудуются НЖМД типа «Винчестер» (от названия давнего проекта фирмы IBM по созданию накопителя с изоляцией в дисков и магнитных головок записи-считывания от влияния внешней среды).

50

Рис.2.3. Устройство НЖМД типа «Винчестер» (вид со снятым кожухом): 1 - блок магнитных головок; 2 - пакет магнитных дисков; 3 - двигатель и элементы привода шпинделя; 4 - элементы корпуса; 5 - элементы системы пози­ционирования

Конструктивно устройство НЖМД (рис.2.3) выполняется в гер­метизированном закрытом корпусе, состоящем из основания и крышки. Корпус предназначен для защиты маг­нитных дисков и головок от проникновения внутрь пыли, влаги и других нежелательных воздействий окружающей среды. Поскольку для создания «сверхчистой» среды внутри корпуса обеспечивается фильтрация воздуха до частиц диаметром порядка 0,3 мкм, то вероятность возникновения погрешностей при записи или считывании информации из-за попадания частиц между головкой и но­сителем сводится к минимуму.

Несколько дисков пакета, называемых иногда тарелками, располагаются параллель­но и жестко закрепляются на общей оси шпинделя. Вращение шпинделя осуществляется бесколлекторным

51

электро­двигателем постоянного тока, как правило, с сервоуправлением. Последние сами конт­ролируют свою скорость, используя

оптические или магнитные сенсоры. В несколько раз большая по сравнению с НГМД скорость вращения пакета (обычно 2400...5400 об/мин при типичном значении 3600 против 300..360 об/мин в НГМД) позволяет увеличить скорость записи-считывания, обмена данными, уменьшить время доступа к памяти.

Магнитные головки, объединенные в блок, закреплены на ка­ретке, система перемещения которой обеспечивает позиционирова­ние магнитных головок и приводится в движение двигателем. В качестве двигателя дисковода жесткого диска используется либо шаговый двигатель, либо двигатель с динамическим приводом для позиционирования головок записи-считывания.

Запись-считывание информации в НЖМД осуществляется бес­контактным способом, хотя в состоянии покоя магнитные головки имеют непосредственный контакт с дисковыми поверхностями. «Пла­вающие» магнитные головки с очень малым давлением прижима при вращении пакета дисков приподнимаются за счет потока воздуха над поверхностью носителя и обеспечивают воздушный зазор между головкой и носителем ~0,3...0,5 мкм. Тем самым устраняется воз­можность сильного износа носителя и поверхности головок из-за трения при записи-считывании и повышается надежность НЖМД. Вместе с тем толчки, пыль, нестабильный воздушный поток (на­пример, при выключении питания двигателя) могут привести к касанию и падению головок на диск с последующим разрушением его магнитного покрытия.

Жесткий магнитный диск - круглая металлическая пластина толщиной 1,5...2 мм, изготавливаемая, как правило, из алюминия или его сплавов. Традиционная технология предусматривает нане­сение на обе поверхности диска ферромагнитного (оксид железа) лакового покрытия толщиной 0,5...1,2 мкм. Магнитное покрытие

52

защищается тонким специальным оксидным слоем. Кроме того, специальная смазка предохраняет поверхность диска в случае кон­такта с магнитной головкой при «подъеме» или «приземлении» последней. Более современной является тонкопленочная технология получения магнитных покрытий на жестких дисках, позволяющая повышать плотность записи и предохранять покрытие от разруше­ния.

Жесткие высокопроизводительные диски могут иметь объем памяти до 20 Гбайт (массовая память).

Технические характеристики моделей НЖМД совершенствуются исключительно быстрыми темпами. Однако несмотря на относи­тельно низкую удельную стоимость хранения информации и срав­нительно низкие затраты на их эксплуатацию, в некоторых случаях в ПЭВМ находят применение и альтернативные накопители, на­пример на магнитной ленте, оптических и магнитооптических ди­сках, микросборках ЦМД и др.