Artigo sobre Hard Disk Drives - HD

Interior de um HD mostrando a cabeça de leitura e gravação viajando sobre os pratos.

Um disco rígido (ou HD) é um dispositivo de armazenamento de dados permanente que armazena dados em uma superfície magnética em pratos do HD.

Mecânica e Magnetismo

Vistas superiores e inferiores de um HD Digital Western WD400 3.5 " :

O interior de um HD com o prato (disco) removido. Abaixo o braço de leitura/gravação. No meio os eletroímãs do motor podem ser vistos.

Um HD usa pratos girando (discos) para armazenar dados. Cada prato tem uma superfície magnética lisa em que os dados digitais são armazenados. A informação é escrita ao disco aplicando um campo magnético em uma cabeça de leitura/gravação que voa muito próximo da superfície magnética. O meio magnético (película) na superfície do HD muda sua magnetização nos pontos microscópicos (bits) devido à cabeça que escreve no campo. A informação pode ser também lida de volta por um sensor magneto resistivo que seja parte da mesma estrutura principal na extremidade. O sensor detecta o fluxo magnético das transições que passam debaixo dele através de uma mudança pequena da resistência elétrica do sensor.

Um projeto típico de HD consiste em um eixo em que os pratos giram em um RPM constante. Estão movendo-se ao longo e entre dos pratos em um braço comum as cabeças de leitura/gravação, com uma cabeça para cada superfície do prato. O braço de atuador move as cabeças em um arco (aproximadamente radial) através dos pratos enquanto giram, permitindo que cada cabeça alcance quase a superfície inteira do prato.

O controle associado da eletrônica cuida do movimento do atuador e a rotação do HD, e executa, lê e escreve no controlador de disco. O firmware moderno de HD é capaz de programar, ler e escrever eficientemente nas superfícies de disco e nos setores do disco.

Também, a maioria dos HDs suportam a análise, e a tecnologia (S.M.A.R.T.) por que as falhas podem ser preditas, permitindo que o usuário seja alertado para impedir a perda dos dados.

O cerco na maior parte protege as partes internas do HD da poeira, da condensação, e das outras fontes da contaminação. As cabeças de leitura e gravação de HD voam em um rolamento de ar acima da superfície de disco. A superfície de disco e o ambiente interno do HD devem conseqüentemente mantidos para impedir os danos das impressões digitais, cabelo, poeira, partículas de fumo, etc, dados a abertura entre as cabeças e o HD.

O sistema faz com que a pressão de ar dentro do HD suporte as cabeças em sua altura apropriada de vôo quando o HD estiver em movimento. Um disco rígido requer uma escala de pressões de ar a fim operar corretamente. A ligação ao ambiente externo e a pressão ocorrem por meio de um orifício, caracterizando geralmente também um filtro de carbono no interior (o filtro do respiro, veja abaixo). Se a pressão de ar for muito baixa, não haverá bastante elevação da cabeça de vôo, a cabeça não estará na altura apropriada, e haverá um risco de perda dos principais dados. As movimentações seladas e pressurizadas são especialmente feitas para a operação correta da elevação e altura. Isto não se aplica aos cercos pressurizados, como uma cabine pressurizada de avião. As movimentações modernas incluem sensores de temperatura e ajustam sua operação ao ambiente.

Detalhe de uma cabeça do HD suspensa acima do prato do disco junto com sua imagem do espelho na superfície lisa do prato magnético.

A umidade muito elevada por períodos prolongados pode causar o desgaste acelerado das cabeças e de discos pela corrosão. Se os usos contatarem a tecnologia CSS para estacionar suas cabeças no disco ao não se operar, umidade aumentada puderem também conduzir aumentado (a tendência para as cabeças virar a superfície de disco). Isto pode causar os danos físicos ao motor do HD e do eixo e pode também conduzir ao ruído elétrico principal. Os furos do respiro podem ser vistos. As movimentações têm geralmente uma etiqueta de advertência ao lado deles, informando o usuário para não cobrir os furos. O ar dentro do HD está movendo-se constantemente demasiado, sendo varrido no movimento pela fricção com os pratos girando do HD. Este ar passa através de um filtro interno para remover todos os contaminantes, quaisquer partículas ou produtos químicos que podem de algum modo ter incorporado e todas as partículas geradas na operação normal.

Devido ao distancia muito próxima entre as cabeças e a superfície de disco, toda a contaminação das cabeças de leitura/gravação ou pratos do HD pode conduzir a um ruído elétrico e a uma falha do HD em que a cabeça raspa através da superfície do prato, frequentemente mover afastado a película magnética fina. Para Magneto resistivo (GMR), um ruído elétrico principal menor da contaminação (que não remove a superfície magnética do disco) acalmará o resultado no superaquecimento temporariamente da cabeça, devido à fricção com a superfície de disco, e pode tornar os dados ilegíveis por um período curto até que a temperatura principal se estabilize (um problema que possa parcialmente ser tratado de filtrar eletrônico apropriado do sinal lido). Os ruídos elétricos da cabeça podem ser causados pela falha eletrônica, uma falha de tensão repentina, choque físico, desgaste, corrosão, ou discos e as cabeças mal manufaturados.

Em a maioria de movimentações de desktop e do usuário, as cabeças são movidas para uma zona da descanso, uma área do HD geralmente perto de seu diâmetro interno (ID), onde nenhum dado é armazenado. Esta área é chamada a zona do CSS. Entretanto, em modelos antigos, as interrupções repentinas do tensão ou uma falha da fonte de alimentação podem às vezes resultar e virar para baixo as cabeças na zona dos dados, que aumenta o risco da perda dos dados. No fato, usou-se ser procedimento “para estacionar” o HD antes de fechar seu computador. Umas movimentações mais novas são projetadas tais que um ou outro uma mola (no início) e a inércia rotatória nos pratos é usada então estacionar com segurança as cabeças no exemplo de perda de poder inesperada.

A IBM ao redor de 1995 abriu caminho com uma tecnologia onde a zona da aterrizagem fosse feita por um processo a laser com precisão (textura da zona do laser = LZT) que produz uma disposição nano “colisões” na zona da aterrizagem do ID, assim melhorando o desempenho do desgaste. Esta tecnologia está ainda intensamente em uso hoje (2006). Alguns anos após LZT, inicialmente para aplicações móveis (isto é laptop etc.), e mais tarde também para outros HDs, “cabeça introduzida IBM que descarrega” a tecnologia, onde as cabeças são desprendidas dos pratos em “rampas plásticas” perto da borda de disco exterior, assim eliminando o risco completamente e extremamente melhorando o desempenho inoperante de choque. Todos os fabricantes de HDD usam estas duas tecnologias hoje em dia. Ambos têm uma lista das vantagens e dos inconvenientes nos termos da perda do espaço de armazenamento, da dificuldade relativa do controle da tolerância mecânica, do custo da execução, etc.

Microfotografia de uma cabeça do HD. O tamanho da dianteira é aproximadamente 0.3 milímetros × 1.0 milímetros. A inferior (não visível) é aproximadamente 1.0 milímetro × 1.25 milímetros (assim que - tamanho chamado do “nano”) e o disco. Uma porção funcional da cabeça é a estrutura redonda, alaranjada no meio - a bobina de cobre definida do transdutor da escrita. Anote também as conexões elétricas pelos fios ligados às almofadas ouro-chapeadas.

A IBM criou uma tecnologia para sua linha de Thinkpad dos computadores de laptop chamados o sistema de proteção ativo. Quando um movimento repentino, afiado é detectado pelo sensor de movimento interno no Thinkpad, as cabeças internas do HD descarregam-se automaticamente na zona do estacionamento para reduzir o risco de toda a perda ou riscos potenciais dos dados feita. Apple mais tarde utilizou também esta tecnologia em sua linha de Powerbook (e MacBook), sabida como o sensor de movimento repentino.

A tensão da mola da montagem principal empurra constantemente as cabeças para o disco. Quando o disco gira, as cabeças são suportadas por um rolamento de ar e não experimentam nenhum contato ou desgaste físico. Em movimentações do CSS os sliders que carregam os sensores principais (frequentemente também cabeças chamadas justas) são projetados para suportar um número de aterrizagens e de decolagens da superfície de disco, para desgastar e rasgar nestes componentes microscópicos fazem exame eventualmente de seu pedágio. A maioria de fabricantes projetam para suportar 50.000 ciclos do contato antes que a possibilidade dos danos na partida se levante acima de 50%. Entretanto, a taxa da deterioração não é linear quando é mais nova e tem poucos ciclos start-stop, ele tem uma possibilidade melhor de sobreviver a partida seguinte do que mais velha, da elevado-milhagem (enquanto a cabeça arrasta literalmente ao longo da superfície do disco até que o rolamento de ar esteja estabelecido). Por exemplo, as séries de Maxtor DiamondMax de movimentações duras desktop são avaliadas a 50.000 ciclos start-stop. Isto significa que nenhuma falha atribuída à relação do cabeça-disco esteve vista antes pelo menos de 50.000 ciclos start-stop durante testar.

Usar pratos rígidos e selar a unidade permitem tolerâncias muito mais apertadas do que em um de disco flexível. Conseqüentemente, os HDs podem armazenar muito mais dados do que de disco flexível e alcançam-na e transmitem mais rapidamente. Em 2006, um HD da estação de trabalho típica pôde armazenar entre 80 GB e 500 GB dos dados, girar em 7.200 a 10.000 RPM, e ter uma taxa de transferência seqüencial dos meios sobre de 50 MB/S. As movimentações duras as mais rápidas da estação de trabalho e do usuário giram em 15.000 RPM, e podem conseguir velocidades seqüenciais de transferência dos meios até e além do caderno que de 80 MB/S. as movimentações duras, que são fisicamente menores do que suas contrapartes desktop, tendem a ser mais lentas e ter menos capacidade. A maioria giram em somente 4.200 RPM ou em 5.400 RPM, visto que os modelos superiores os mais novos giram em 7.200 RPM.

Um HD da IBM em 2002, com a tampa do metal removida. Os pratos são altamente reflexivos.

Os pratos são feitos de um material não magnético, geralmente de vidro ou de alumínio, e revestidos em ambos os lados com uma camada fina de material magnético. Umas movimentações mais velhas usaram o óxido do ferro (III), mas as movimentações atuais usam uma película fina de uma liga cobalto baseada.

A superfície magnética no HD é dividida em regiões magnéticas secundário micrometricas e feitas sob medida, cada qual é usada representar uma única unidade binária da informação. Cada uma destas regiões magnéticas é subdividida mais em alguns cem grãos magnéticas. Cada grão é considerada ser um único domínio magnético. Cada grão será assim um dipole magnético que aponte em um determinado sentido, criando um campo magnético em torno dela. Todas as grãos em uma região magnética esperam-se apontar no mesmo sentido, de modo que a região magnética ao todo tenha também um momento magnético associado.

A superfície magnética e como se opera. Neste caso os dados binários codificaram usando a modulação da freqüência.

Os dados são codificados com a mudança na magnetização em um limite da região, melhor que o sentido da magnetização de uma região. Se a magnetização inverter entre dois domínios magnéticos, esta significa um estado, quando nenhuma mudança na magnetização significar o outro estado. Para várias razões, os dados binários reais são codificados usando seqüências consecutivas destes dois estados possíveis, melhor que os estados eles mesmos. A maioria de movimentações duras usam um formulário do código limitado comprimento funcionado, por exemplo. Em um limite aonde a magnetização inverta, as linhas magnéticas serão densas e perpendicular ao meio. A cabeça lida é projetada detectar estas mudanças.

Em umas movimentações duras mais velhas, a cabeça lida era geralmente um indutor pequeno, enchido frequentemente com um material paramagnético a fim realçar o sinal. Enquanto passa sobre um limite com uma reversão da magnetização, a cabeça lida experimenta o fluxo magnético, que é convertido pelo indutor em uma corrente elétrica. As movimentações duras modernas têm geralmente uma cabeça lida que empregue o efeito Magneto Resistivo, que faz com que a resistência de determinados materiais mude em resposta a um campo magnético forte. Porque este tipo de cabeça lida passa sobre um limite com uma reversão da magnetização, o campo magnético forte causará sua resistência à mudança em uma maneira detectável.

Comparação da largura da transição causada por Ponto em meios contínuos e em meios granular, em um limite entre duas regiões magnéticas da magnetização oposta

Uma razão que as grãos magnéticas são usadas ao contrário de um meio magnético contínuo é que reduzem o espaço necessitado para uma região magnética. Em materiais magnéticos contínuos, as formações chamadas pontos tendem a aparecer. Estes são pontos da magnetização oposta, e dão forma para a mesma razão que os ímãs de barra tenderão a se alinhar em sentidos opostos. Estes causam problemas porque os pontos cancelam cada um outro campo magnético para fora, de modo que em limites da região, a transição de uma magnetização à outra aconteça sobre o comprimento dos pontos. Isto é chamado a largura da transição. As grãos ajudam resolver este problema porque cada grão é um único domínio magnético. Isto significa que os domínios magnéticos não podem crescer ou encolher para dar forma a pontos, e conseqüentemente a largura da transição estará na ordem do diâmetro das grãos. Assim, muito do desenvolvimento em movimentações duras esteve na redução do tamanho de grão.

Hitachi

História - HD antigo da IBM.

DOCTOR BYTE - Recuperação de Dados em HD