Жёсткие диски и магнитная запись: как хранятся данные
Небольшой гайд по хранению информации на жестких дисках
- Магнитные пластины: Диски из стекла или алюминия, покрытые тончайшим слоем ферромагнитного материала.
- Домены и биты: Поверхность диска состоит из миллионов микроскопических областей — магнитных доменов. Направление их магнитного поля (север-юг) определяет бит — «0» или «1».
- Головки чтения/записи: Специальные датчики на миниатюрном подвижном рычаге. Во время работы они буквально парят над поверхностью диска на микроскопической воздушной подушке.
- Принцип записи: Головка пропускает через себя электрический ток, создавая магнитное поле, которое мгновенно меняет полярность доменов на пластине.
- Принцип чтения: Во время движения над намагниченным участком диска магнитное поле меняет параметры тока в головке, что преобразуется компьютером обратно в файлы.
Жёсткий диск состоит из следующих элементов:
1. Интегральная схема. Она синхронизирует работу диск с компьютером и управляет всеми процессами.
2. Электромотор (шпиндель). Приводит к движению диск, который вращается на скорости 7200 об/мин, серверные накопители могут вращаться со скоростью 15 000 об/мин.
3. Рычаг перемещения головок, который может как записывать, так и считывать информацию. Головка рычага никогда не соприкасается с дисками, существует зазор между поверхностью диска и головкой, размер этого зазора примерно в пять тысяч раз меньше толщины человеческого волоса
4. Привод. Состоит из неподвижной пары неодимовых магнитов и катушки (соленоида) на подвижном кронштейне.
5. Катушка. Генерирует магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное постоянными магнитами.
6. Циркуляционный фильтр, который находится на пути потоков воздуха, создаваемых вращением пластин, собирающие мельчайшие части и удерживает их внутри.
7. Пластины. Выполнены из металлических сплавов и покрыты ферромагнитным слоем, который и хранит информацию.
8. Корпус. Выполнен из пластмассы. Верхняя крышка всегда металлическая.
Принцип работы
Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Поверхность диска движется относительно считывающей головки . При подаче тока на катушку головки, возникшее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции. Для считывания используется магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. Они меняют сопротивление, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Такие головки позволяют увеличить точность считывания информации (особенно при больших объемах записи).
Метод параллельной записи
Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов.
Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности. При использовании этого метода максимальная плотность записи составляет около 23 Гбит/см². Сейчас идет процесс вытеснения данного метода методом перпендикулярной записью.
Технология перпендикулярной записи
Технология перпендикулярной записи — это технология, при которой бит информации сохраняется в вертикальных доменах. Этот способ позволяет использовать более мощные магнитные поля, чтобы снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Современные образцы имеют плотность записи в 60 Гбит/см². Жёсткие диски с перпендикулярной записи появились на рынке с 2005 года.
Метод тепловой магнитной записи
При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности.
