Привод головок жесткого диска и система их позиционирования

 

Все современные жесткие диски используют звуковую катушку в приводе магнитных головок. Такой тип привода не только адаптирован и не чувствителен к тепловым расширениям, он еще и намного быстрее и надежнее, чем привод с использованием шагового двигателя.

04 33 1

На рисунке приведена фотография типичного соленоидного привода головок, используемого в любом современном накопителе на жестких дисках. На рисунке магнит был откручен и сдвинут влево от своего оригинального положения, для того, чтобы было видно звуковую катушку.

Система замкнутой обратной связи, применяемой в таких приводах, называется системой серво позиционирования. В таких системах позиционирования, процесс передвижения к цели можно описать по шагам следующим образом: передвижение к цели, проверка правильности пути, оценка расстояния до цели, поправка движения, и все с начала. Таким образом, передвижение к цели происходит с поправками, которые могут учитывать различные факторы.

В качестве примера действия сервосистемы, можно взять водителя машины. Если машина начинает сбиваться с курса, водитель немного поворачивает руль, если этого не достаточно, то он еще немного поворачивает руль и т.д. Пока машина вновь не возобновит свое движение по нужной водителю траектории.

Ключевым элементом любой системы с обратной связью, является какое-то измеряющее устройство. Например, в случае водителя машины — это его глаза. В накопителе на жестких магнитных дисках, этим элементом является сама головка чтения/записи, для этого, на магнитных пластинах содержатся специальные структуры информации, которые позволяют управляющей электронике знать, где находятся головки в любой момент времени, не зависимо от того, что делает накопитель. Эти структуры обычно называются сервометками. Они считываются головками и направляются в блок управления передвижением головок, где они разбираются, чтобы выяснить точную позицию головок. Контроллер привода магнитных головок всегда знает точное положение головок, т.к. все сервометки разные и в них содержатся точные данные о номере трека, номере сервометки и т.д.

Существует три различных подхода к имплементации сервомеханизма в жестком диске:

  1. Вклиненная серво. В этой реализации, используемой в старых накопителях, сервоинформация была записана в виде клина на каждой поверхности накопителя. Это можно представить, как тонкий кусочек круглого пирога. При этом остальная часть пирога содержит пользовательские данные. Этот вариант имел существенный недостаток: сервоинформация была только в одном месте на треке. Это означало, что позиционирование будет долгим, т.к. для того, чтобы узнать местонахождение головок, надо было ждать, когда сервоинформация будет под головками. Время позиционирования таких винчестеров было очень большим, и, как следствие, производители отказались от данного применения.
  2. Выделенная серво. В этой реализации, для сервоинформации использовалась выделенная специально для нее поверхность. То есть, одна поверхность в накопителе всегда содержала только сервоинформацию, а другие поверхности — всегда только данные. Эта технология позволила значительно уменьшить время позиционирования. Но и в этой технологии были свои минусы. Во-первых, для данных терялась целая поверхность. Во-вторых, головка, читающая сервоинформацию, не обязательно будет стоять на одной линии с головками, читающими данные, так что будет необходимо применять технику компенсации. В-третьих, если поверхность с сервоинформацией будет теплее или холоднее, чем поверхности, хранящие данные, то будут возникать ошибки позиционирования или ошибки чтения/записи информации. Чтобы решить последнюю проблему, производители ввели в работу накопителей термокалибровку. Такие типы сервосистемы применялись в накопителях вплоть до середины 90-х годов.
  3. Встроенная серво. В данной технологии сервоинформация находится вперемешку с данными. Сервоинформация и данные читаются одними и теми же головками, и, в отличие от вклиненной серво, нет необходимости ждать полного оборота пластины, для того, чтобы узнать, где именно мы сейчас находимся. Этот механизм не дает постоянного знания сервоинформации, как в выделенной сервоинформации, но и нет необходимости ждать целого оборота пластины. Также отпала необходимость в частой термокалибровке, поскольку сервоинформация и данные находятся на одинаковом расстоянии от центра диска. С ростом температуры сервоинформация и данные одинаково удаляются от центра. Все современные накопители на жестких магнитных дисках используют именно такую технологию.

В современных накопителях, сервоинформация записывается на магнитный диск во время производства накопителя. Для этого используется специальное сложное и очень дорогостоящее оборудование, называемое сервоврайтером. Сервоинформация никогда не меняется на протяжении всего периода службы жесткого диска. При разработке управляющей электроники для жесткого диска, производители на аппаратном уровне включают схему блокировки записи, когда головки находятся над сервоинформацией. Именно эта, записанная на заводе информация составляет формат низкого уровня. Никто, кроме завода-изготовителя не может сделать современному жесткому диску формат низкого уровня. Пользователь не может испортить сервоинформацию, кроме как нанеся физические повреждения диску.

На рисунке показано отличие между выделенной серво и встроенной серво. Слева, выделенная серво: одна из пластин (верхняя) содержит только сервоинформацию, а остальные — ничего, кроме данных. Справа, встроенная серво: данные находятся вместе с сервоинформацией. Для ясности, на рисунке справа, показан только один цилиндр. Все цилиндры имеют схожую структуру и могут различаться только количеством сервометок, в зависимости от удаления цилиндра от центра диска.

04 33 2

Статьи

© ООО «Спас-Инфо», 2000-2006

Rambler's Top100