₪₪₪ سفري به اعماق hard disk drive ₪₪₪

سلام

مجله اي بود به اسم [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] (شماره 72) كه هارد سیگیت مدل نامبر ST31000333AS را بصورت كامل كالبد شكافي كرده و به معرفي اجزاء تشکیل دهنده پرداخته كه عيناً اينجا ميذارم . ضمناً عکسها و اصل مطلب در واقع مربوط به سایت زیر هست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

برد سبز رنگ زیر هارد دیسک را که به کانکتورهای SATA و برق منتهی میشود بورد مدار چاپی یا PCB میگویند . روی PCB کلیه اجزا و قطعات الکترونیکی لازم جهت عملکرد صحیح هارد دیسک گنجانده میشود .

قاب آلومنیومی مشکی رنگ زیر pcb با همه محتویات داخش را مجموعه هد و دیسک (Head and Disk Assembly) یا HDA یا مدیا مینامند . به خود قاب به تنهایی پایه یا Base گفته میشود . حالا PCB رر باز میکنیم تا نگاهی به اجزا و قطعات الکترونیکی زیر آن بیندازیم .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

قلب PCB در واقع بزرگترین چیپ روی آن هست که واحد میکرو کنترولر (Micro Controller Unit) یا MCU نامیده میشود . روی هارددیسکهای جدید MCU معمولا شامل یک CPU قوی هست که کلیه محاسبات و پردازش های خواندن و نوشتن را انجام میدهد .

در فرایند خواندن ، سیگنالهای آنالوگ خوانده شده از هد به اطلاعات دیجیتال تبدیل میشوند و در فرایند نوشتن ، اطلاعات دیجیتال به سیگنالهای آنالوگ قابل نوشتن روی دیسک تبدیل میشود . همچنین MCU دارای پورتهای ورودی و خروجی (I/O ports) هست که برای کنترل و نظارت هر چیزی بر روی PCB و داده هایی که از طریق رابط SATA منتقل میشود ، بکار میرود .

چیپ دیگر ، چیپ حافظه (Memory chip) هست که از نوع حافظه های DDR هست . اندازه آن هم همان چیزی هست که تحت عنوان بافر هارد دیسک یا کش CACHE میشناسیم . اندازه متداول کش برای هارددیسکهای امروزی 16 و 32 و 64 مگابایت هست . قاعدتاً قرارهست این مقدار حافظه بعنوان یک حافظه کمکی بین رم کامپیوتر و هاردیسک عمل کند ، اما واقعیت این هست که تمام این حافظه برای این منظور استفاده نمیشود ، بلکه بخشی از آن توسط CPU برای بارگذاری firmware مورد استفاده قرار میگرد . فقط هیتاچی و IBM هستند که مقدار واقعی کش را نمایش میدند و بقیه برندها عددی که بعنوان کش نمایش میدهند ، مجموع حافظه کش و حافظه مورد استفاده firmware است .

  محتوای مخفی: كاربردهاي cache (نقل از ويكيپديا) 

Read-ahead/read-behind : ذخيره كردن Sectorـهاي خوانده شده اي كه توسط سيستم درخواست نشده . بعبارت دقيقتر پس از اينكه Head توسط Actuator Arm بسوي Track مورد نظر جابجا ميشود و پس از اينكه در موقعيت صحيح مستقر شد شروع به خواندن اطلاعات ميكند . گاهي اوقات اولين Sectorـهاي خوانده شده اون چيزي نيست كه توسط سيستم درخواست شده پس در حافظه براي استفاده هاي احتمالي بعدي ذخيره ميشود .

Speed matching : سرعت انتقال اطلاعات بين اجزاء داخلي هارد ديسك (Internal data transfer rat) با سرعت انتقال اطلاعات از هارد ديسك به سيستم و بلعكس (Host to/from drive) متفاوت هست و در نتيجه براي هماهنگي بين سرعتهاي متفاوت اطلاعات بطور موقت در بافر ذخيره ميشوند . براي مثال Internal data transfer rat براي يكي از مدلهاي سيگيت 1813Mb/s و Host to/from drive در حدود 146MB/s هست.

Write acceleration : گاهي اوقات براي اينكه سيستم به كار خودش ادامه دهد ، كنترلر هارد ديسك به سيستم اعلام ميكند كه عمليات نوشتن پس از دريافت دستورات انجام شده در صورتيكه واقعاً و در عمل هنوز چيزي بر روي پلاترها نوشته نشده . اين روش گاهي اوقات ميتونه خطرناك باشه مثلاً با رفتن برق اطلاعات ذخيره شده در buffer ممكن هست از بين برود (قبل از اينكه روي پلاترها ذخيره شوند) . اين فاصله گاهي اوقات آنقدر ميتونه طولاني بشه تا اينكه دستورات جديد برسه .

Command queuing : پس از دريافت دستورات متعدد از سيستم ، كنترلر هارد ديسك اين دستورات را مرتب و re-ordered ميكند (اولويت بندي كردن دستورات ، مرتب كردن دستورات) تا با كارايي بيشتري اين دستورات انجام شود . بطوريكه دستورات مشابه و يا دستوراتي كه مربوط به يك منطقه از یک دیسک هست (مثلاً ترکهای نزدیک به هم) با هم گروه بندی می شوند (هارد ديسكهاي NCQ ساپورت) .

چیپ دیگری که روی pcb قرارگرفته کنترولر موتور کویل صوتی (Voice Coil Motor controller) یا کنترولر VCM هست . این چیپ یکی از پرمصرفترین چیپ روی pcb هست . این چیپ حرکت هد (heads movements) و چرخش موتور (spindle motor rotation) را کنترل میکند . هسته VCM میتواند تا دمای 100 درجه را تحمل کند .

چیپ فلش (Flash chip) بخشی از firmware دیسک را در خود نگه میدارد . وقتی برق وارد هارد دیسک میشود ، MCU محتویات این چیپ را خوانده و در چیپ حافظه لود میکند . گاهی هیچ چیپ فلش روی PCB دیده نمیشود و این بدان معناست که محتویات چیپ فلش در خود MCU گنجانیده شده است .

سنسور شوک (Shock sensor) میتواند میتواند شوکهای بیش از اندازه مجاز رو تشخیص داده و سیگنالی را به کنترلر VCM ارسال کند . کنترلر VCM فوراً هدها را پارک میکند و گاهی اوقات درایورها را از حرکت باز میایستاند . در تئوری این سنسور مانع از آسیب دیدگی بیشتر میشود ، اما در عمل اینطور نیست ! روی بعضی از هارد دیسک ها از این سنسورها برای برای تشخیص لرزش های خفیف استفاده میشود و سیگنالهای ارسالی از سنسور به VCM منجر به تصحیح و تنظیم حرکت هد ها میگردد ، اینگونه هارد دیسکها معمولا دو سنسور دارند .

قطعه محافظتی دیگری که در هارد دیسک هست دیود خنثی کننده ولتاژ لحظه ای Transient Voltage Suppression diode یا (TVS diode) نام دارد ، این دیود هارد دیسک را از نوسان شدید برق منبع تغذیه کامپیوتر محافظت میکند . وقتی دیود TVS نوسان برق منبع تغذیه را تشخیص دهد ، بلافاصله میسوزد و یه اتصال کوتاه بین کانکتور برق و گراند برقرار میگردد . معمولا دو دیود TVS روی PCB قراردارد که برای محافظت در برابر ولتاژ 5 و 12 ولت در نظر گرفته میشود .

حالا میخواهیم نگاهی به HDA داشته باشیم . وقتی بورد را باز میکنیم ، میتوانیم محل اتصال هدها و موتور را که زیر PCB پنهان شده است ببینیم . همچنین سوراخی که به سختی دیده میشود را مشاهده میکنیم . این سوراخ را سوراخ هوا یا Breath hole مینامند . هاردها از این سوراخ برای متعادل کردن فشار داخل و خارج HDA استفاده میکنند .انتهای این سوراخ به فیلتری منتهی میشود تا هوای تمیز و خشک وارد هارد دیسک شود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

حالا میخواهیم نگاهی به زیر بدنه فلزی هارد دیسک بیندازیم . برای این منظور باید این کلاهخود فلزی را از سر هارد دیسک برداریم . این کلاه خود هیچ چیز قابل توجهی ندارد . فقط یک قطعه استیل است تا از ورود گرد و غبار به داخل هارد دیسک جلوگیری کند . حال میخواهیم داخل HDA را ببینیم .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اطلاعات ارزشمند ما روی پلاتر ذخیره میشود . پلاترها از آلومنیوم صیقل یافته و یا شیشه ساخته میشوند و با چندین لایه از مواد مختلف شامل لایه فرو مغناطیسی (ferromagnetic layer) پوشانده میشوند که وظیفه ذخیره داده ها رو بر عهده دارند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

بخشی از پلاتر توسط دامپر (Dumper) پوشانده میشود .دامپر ها گاهی با نام جدا کننده (Separators located between platters) هم نامیده میشود که بین پلاترها قرار میگیرند و نوسانات هوا و نویز های صوتی را کاهش میدهند . دامپرهای آلومنیومی برای خنک کردن هوای داخل HDA بهتر عمل میکنند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هد ها روی محلی به نام Head Stack Assembly یا HSA قرار میگیرند . معمولا ناحیه پارک هدها نزدیک محور چرخش قرار دارد و اگر هارد دیسک روشن نباشد هد ها در این ناحیه قرار میگیرد (عکس زیر)

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هارد دیسک مکانیسم دقیقی دارد و برای اینکه بتواند درست کار کند نیازمند این هست که هوای بسیار تمیزی درون آن باشد در طول کار هارد دیسک ممکن هست اجزای بسیار کوچک فلز یا روغن داخل آن پدیدار شود . برای از بین بردن آنها از یک فیلتر تصفیه یا Recirculation filter استفاده میشود . این فیلتر فوق پیشرفته حتی کوچکترین اجزای مزاحم را بصورت دائمی جمع آوری و جذب میکند . این فیلتر در مسیر گردش هوای تعبیه شده برای دوران پلاترها قرارداده شده است .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

کویل صوتی یا voice coil بخشی از HSA است . کویل صوتی و آهنربا ، موتور کویل صوتی یا VCM را تشکیل میدهند . VCM و HSA هم بخش محرک یا Actuator را میسازند . بخش محرک وظیفه حرکت دادن به هد ها را بر عهده دارد . Actuator latch قطعه پلاستیکی مشکی رنگی هست که وظیفه محافظت رو به عهده دارد . این قطعه وقتی درایو در حالت پارک نیست و هد ها در حالت عادی هستند ، HSA را آزاد میکند و وقتی درایو متوقف میشود HSA را از حرکت باز میدارد و مانع از حرکت نا خواسته HSA میشود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

حال میخواهیم آهنربای فوقانی (top magnet) را برداریم تا نگاهی به زیر آن بیندازیم .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هارد دیسک از آهنربای بسیار قدرتمند نئودیمیوم (Neodymium) استفاده میکند . چون این آهنربا بشدت قوی هست یک HSA stopper روی آهنربا قراردارد ، این متوقف کننده حرکت HSA رو محدود میکند تا هدها محکم به گیره پلاتر یا platters clamp برخورد نکند و از طرف دیگر با سطح پلاتر تماس پیدا نکند . HSA stopper ممکن هست که ساختار متفاوتی داشته باشند اما همیشه دو تا از آنها وجود دارد و روی تمام هارددیسکهای امروزی تعبیه شده است .

HSA دارای یاطاقان بسیار دقیق هست که منجر به حرکت نرم و دقیق میگردد بزرگرین قسمت HSA از بخش آلومنیومی به نام بازو یا ARM تشکیل شده است . هدها از طریق بخشی به نام HGA به بازو متصل میشود . هدها و بازوها توسط تولید کنندگان متفاوتی ساخته میشود . در عکس زیر کابل نازک و باریکی بنام Flexible Printed Circuit (مخفف FPC) که به HSA متصل هست دیده می شود .

گاهي اوقات به جاي HSA كلمه MHA كه مخفف Magnetic Head Assembly هست بكار ميرود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نگاهی دقیقتر به قسمتی از اجزای HSA :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

HSA contacts با لایه نازکی از طلا پوشانده میشود تا اتصال بهتری برقرار شود . واشر (Gasket) باعث جلوگیری از نفوذ هوا به داخل میشود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در دو شکل زیر ساختار بازو و HGA به شکل دقیقتری نمایش داده شده است .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اشیا کوچک مشکی رنگ سر HGA را اسلایدر یا slider مینامند . دربخشی از مراجع اسلایدر را همان هد نامیده اند ، درحالیکه اینطور نیست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

واحد واقعی خواندن و نوشتن در انتهای اسلایدر قراردارد و آنها به قدری کوچک هستند که تنها با یک میکروسکوپ قابل دیدن هست . اسلایدرها به واحد خواندن و نوشتن کمک میکنن تا روی سطح پلاتر راحتتر حرکت کنند . فاصله بین اسلایدر با پلاتر حدود 5 تا 10 نانومتر هست . جالب هست بدانید قطر موی انسان حدود 25000 نانومتر هست ، اگر هر ذره ای زیر اسلایدر قرار بگیرد موجب افزایش ناگهانی دمای هد شده (بدلیل اصطکاک) و آن را از بین میبرد ، اینجاست که به اهمیت تمیز کردن هوا در HDA پی میبریم .
سطح اسلایدر تخت نیست و یه شیار آئرودینامیک شکل دارد ، این شیار به اسلایدر کمک میکند تا با ارتفاع مشخصی روی پلاتر حرکت کند . هوای زیر اسلایدر موجب ایجاد پدیده ای به نام ABS میشود که این ABS منجر به حرکت اسلایدر به موازات پلاتر میشود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

بخش مهم دیگری که در HSA وجود دارد پیش تقویت کننده یا pre amplifier یا pre amp هست . این چیپ ، هدها یا سیگنالهای تقویت شده به یا از آن (from/to) را کنترل میکند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

توضيحات بيشتر در مورد preamp :

preamp چيپي هست كه سيگنال فرستاده شده از طرف Heads را تقويت ميكند . ديتايي كه توسط Head خوانده ميشود شبيه يك wave form از يك اسپيكر هست كه preamp آنرا تقويت و جهت ديكد كردن آن به اجزاء الكترونيک ارسال میکند . معمولاً دو نوع preamp وجود دارد . نوع اول بصورت لحيم شده (soldered on) هست و نوع دوم هم با چسب (glued on) چسبانيده شده است . در اغلب موارد ممكن هست به خاطر گرماي زياد به اصطلاح شل شوند و نتوانند يك اتصال خوبي با برد داشته باشند كه ممكن هست باعث Fail شدن preamp شود . اين حالت يكي از دلايل ايجاد صداي تيك تيك هارد ديسك (click of death) هست که نشاندهنده تلاش برای موقعیتیابی خودشان هست (Try to position themselves) ولی این تلاشها ناموفق خواهد بود و به محدودکننده ها برخورد میکند . تعمير و يا replace كردن مدارات مربوط به preamp اغلب موارد مشكل هست و بهترين راه جابجا كردن پلاتر بر روي يك درايو سالم و يا جايجا كردن كل مجموعه head stack assembly هست ( [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ) .

حال دامپر رو بر میداریم تا به زیر آن نگاهی بندازیم . عکس زیر HDA را بدون دامپر بالایی و HSA نشان میدهد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در عکس بالا پلاتر بالایی پوشش ندارد و همچنین میتوان آهنربای پایینی (bottom magnet) رو دید.

گیره پلاتر (platters clamp) باعث میشود پلاتر محکم و فشرده در محل خودشان قرار گیرند و حرکت اضافی نداشته باشند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

پلاترها حول محوری به نام spindle hub قرار میگیرند که گیره پلاتر آنها را محکم بر روی spindle hub قرار میدهد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

پلاتر ها با قطعه ای به نام spacer rings از همدیگر فاصله پیدا میکنند که خیلی دقیق ساخته شده است و از آلیاژهای غیر مگنتیک (non-magnetic alloy) و یا از پلیمر (polymer) ساخته شده است .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

چون هواي بيرون گرد و غبار فراواني دارد اين فیـلتر چندلايه بوده و خيلي ضخيمتر از فیـلتر تصفيه هست . اين فیـلتر مقداري ماده جاذب رطوبت هم دارد تا رطوبت احتمالي داخل هارد ديسک را جذب کند و به ايت ترتيب است که هارد ديسک ميتواند با اين ظرافت ، کارايي بسيار بالايي داشته باشد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نمایی از پلاتر و spindle و platters clamp و spacer rings و ...

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Head parking

Sliderـهای موجود در هارد دیسکها ، در حالت عادی پلاترها را لمس نمیکنند (و نباید بکنند) . هرچند در بعضی از هارد دیسکها (مدلهای قدیمی) Sliders در زمانیکه هارد دیسک خاموش هست بر روی پلاتر قرار میگیرند . در این هارد دیسکها وقتیکه درایو خاموش هست Sliderـها به داخلیترین سیلندر منتقل میشود و سپس بر روی سطح پلاتر فرود میآید . به این حالت قدیمی contact start stop یا CSS گفته میشود . هنگامیکه هارد دیسک روشن و فعال میشود ، هدها همزمان با چرخش ، بر روی سطح پلاتر حرکت میکنند تا زمانیکه یک بالشتک بسیار نازک از هوا بین Slider و سطح پلاتر تشکیل شود .

برای جلوگیری از آسیب دیدن اطلاعات ، بیشتر هارد دیسکها Track خاصی که اطلاعاتی روی آن ذخیره نمیشود را برای فرود آمدن یا به پرواز در آمدن - takeoffs & landings - اسلایدر در نظر میگیرند به این ترکها landing zone گفته میشود و به فرایند حرکت هد به این مکان خاص را head parking گفته میشود . اگر برای بالشتک هوا بواسطه وجود گرد و غبار یا شوک ، مزاحمتی ایجاد شود ، Sliderـها میتواند در حالیکه پلاتر با حداکثر سرعت در حال چرخش هست با سطح پلاتر تماس پیدا کند . وقتیکه تماس با سطح پلاتر های در حال گردش برای ایجاد خرابی به اندازه کافی قدرتمند باشد به این واقعه Head Crash گفته میشود . بیشتر پلاترها دارای لایه های محافظتی هستند که تا حدی میتوانند در مقابل Head Crash مقاومت کنند .

در هارد دیسکهای قدیمی که از stepper motors برای جابجایی هد استفاده میشد بطور اتوماتیک عملیات Head parking انجام نمیشد در نتیجه یک برنامه کوچکی نوشته میشد که کاربران قبل از خاموش کردن سیستم باید آنرا اجرا میکردند . این برنامه هارد دیسک را مجبور میکرد که هد را به سمت landing zone جابجا کند .

---

هارد سیگیت مدل ST-251 با حجم 42.8MB محصول 1990 . موتور stepper در عکسها مشخص هست . CHS این هارد به ترتیب 820 سیلندر و 6 هد و در هر ترک 17 سکتور بود . Logical Geometry و Physical Geometry یکسان بود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

---

در هارد دیسکهای مدرن که از سیستم voice-coil برای جابجایی Headـها استفاده میکنند عملیات Head parking بصورت اتوماتیک انجام میشود . در بعضی از مدلها یک حالت فنری ضعیفی در قسمت Head Stack Assembly نصب میشود که سعی میکند Sliderـها را به سمت landing zone بکشاند ، در حالت عادی و در زمانیکه درایو روشن هست نیرویی که به actuator وارد میشود بیشتر از نیروی فنر مذکور هست ولی هنگامیکه هارد خاموش میشود نیروی مغناطیسی که در voice coil هست از بین میرود و در نتیجه فنر مذکور قبل از اینکه چرخش پلاتر متوقف شد هد را به landing zone هدایت میکند که این فرایند گاهی اوقات در هارد دیسکهای موجب ایجاد یک صدای قابل شنیدن clunk در هنگامی که سیستم را خاموش میکنید میشود . در بعضی از مدلها در مواقعی که جریان پاور قطع میشود (power failure) موتور که هنوز در حال چرخش هست موقتاً تبدیل به ژنراتوری میشود که توان و جریان لازم را برای Head parking را فراهم میکند .

کمپانیهای مختلف در مدلها و برندهای متفاوت ممکن هست از روشهای مختلفی استفاده کنند ولی در نهایت هدف همه آنها یکی هست ، هدایت Sliderـها به سمت landing zone قبل از متوقف شدن چرخش پلاتر .

این روش landing zone بر روی پلاتر معایب زیادی دارد . علاوه بر ایجاد اصطکاک و گرما میتواند ذرات گرد و غبار ناشی از خراشیده شدن بر روی پلاتر را ایجاد کند . گرچه سازندگان سعی میکنند که با استفاده از لایه های محافظتی (incorporating special lubricants) بر روی پلاتر و همچنین استفاده از تکنیکهایی برای اطمینان از اینکه Sliderـها بر روی Track خاصی فرود بیاید مشکل را تا حد زیادی حل کنند ولی به هر حال این روش landing zone هیچگاه تکنیک جالبی نبوده است .

در عکس زیر هارد دیسک Seagate Barracuda LP (مدل نامبر ST31000520AS) را میبینید که از روش قدیمی landing zone استفاده میکند . خراشهای ایجاد شده در قسمت landing zone کاملاً مشهود هست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

کمپانی معظم IBM تکنیک جدید برای Head parking ابداع کرده است . به جای اینکه Sliders بر روی پلاتر و بر روی یک Track خاص فرود بیاید ؛ قبل از متوقف شدن چرخش پلاتر ، Sliders بطور کامل از روی پلاترها کنار میروند و در مکان خاص قرار میگیرند (عکس زیر) . فقط در این لحظه هست که هارد دیسک اجازه دارد که spin down و خاموش شود . هنگامی که موتور دور میگیرد و به حداکثر rpm میرسد و تا جایی که نیروی کافی برای شناور شدن Sliders فراهم شود بر روی پلاتر خواهند آمد . در این روش هیچگاه Sliders با سطح پلاتر تماس نخواهد داشت . کمپانی IBM این روش را load/unload technology مینامد . این تکنیک تقریباً زمانی ارائه شد که کمپانی IBM پلاترهایی از جنس Glass یا Glass composites استفاده میکرد که در مقایسه با پلاترهای آلیاژ آلومنیوم در برابر تماس Sliders آسیب پذیرتر هست . تنها اشکال این تکنیک کمی افزایش در هزینه های تولید و افزایش در Spin-Up Time هست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Areal Density

Areal Density که گاهی اوقات bit density گفته میشود و با واحد بیت در هر اینچ مربع bits per square inch یا BPSI سنجیده میشود عبارتند از تعداد بیتهای اطلاعاتی (information bits) که در یک پلاتر میتواند ذخیره شود . بدیهی هست که هر چه این مقدار بیشتر باشد بهتر است و نه تنها کارایی و عملکرد هارد دیسک بهتر میشود بلکه اطلاعات بیشتری را میتوان ذخیره کرد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در عکس بالا ؛ ابتدا به دو نیمه چپ و راست تقسیم کنید سپس به دو نصفه بالا و پایین تقسیم کنید .

نیمه چپ نشاندهنده low track density و نیمه راست نشاندهنده high track density هست .

Track density : به طور خلاصه عبارتند از تعداد Trackـهای متحد المرکزی که در هر پلاتر میتواند وجود داشته باشد یا تعداد Trackـهای که در هر اینچ شعاع یک پلاتر میتواند وجود داشته باشد (Tracks Per Inch or TPI) . فرض کنیم یک پلاتر با قطر 3.74 اینچ (شعاع 1.87 اینچ) داشته باشیم ، معمولاً بیرونیترین لبه پلاترها و داخلیترین قسمت پلاترها قابل استفاده نیست پس فرض کنید که کلاً 1.2 اینچ از سطح پلاتر قابل استفاده هست . همچنین فرض کنید که این پلاتر حدود 22000 ترک دارد. پس Track density در این پلاتر حدوداً برابر با 18333.33333333333=22000/1.2 ترک در هر اینچ (Tracks per inch یا TPI) خواهد بود .

نیمه بالا نشاندهنده low linear density هست و نیمه پایینی نشاندهنده high linear density هست .

Linear density : عبارتند از تعداد بیتهای اطلاعاتی (information bits) که میتوانند در طول یک Track قرار بگیرند . بعنوان مثال اگر در هر اینچ یک Track بتوانیم سیصد هزار بیت اطلاعاتی ذخیره کنیم پس linear density برای ترک فوق سیصد هزار بیت در هر اینچ (bits per inch یا BPI) خواهد بود . دقت کنید که طول هر Track در سطح پلاتر متفاوت هست و در نتیجه کلیه ترکها linear density ثابتی ندارند . معمولاً کمپانیها حداکثر linear density را اعلام میکنند که در واقع مربوط به بیرونیترین ترکها هست .

در عکس فوق ربع بالا و چپ پایینترین Areal Density را دارد و ربع پایین و راست بالاترین Areal Density را دارد .

پلاتری که Track density آن 18333.33333333333 ترک در هر اینچ دارد و همچنین linear density آن 300000 بیت در هر اینچ هست پس Areal Density در این پلاتر در حدود 5,500,000,000 بیت در هر اینچ مربع (یا 5.5Gbits/in2) خواهد بود .

گاهی اوقات Areal Density به روش دیگری بیان میشود . بعبارت دیگه به جای اینکه چگالی یک هارد با واحد بیت در هر اینچ مربع (bits per square inch) بیان شود با واحد گیگابایت در هر پلاتر (gigabytes per platter) بیان میشود . البته برای مقایسه صحیح Areal Density پلاترهای مختلف با استفاده از این واحد سنجش ، platter size باید یکی باشد . مثلاً ممکن هست پلاتری که قطر آن 3.74 اینچ هست Areal Density آن 10GB باشد و پلاتر دیگر با همین قطر ممکن هست 6GB باشد.

نکته : برای افزایش Areal Density هم باید تعداد بیتهایی که در هر ترک قرار میگیرند بیشتر شود و هم تعداد ترکهایی که در هر پلاتر وجود دارد بیشتر شود .

افزایش Areal Density باعث افزایش Data transfer rate میشود . البته دقت کنید که این افزایش در سرعت Data transfer rate بیشتر ناشی از linear density هست نه Track density . زمانیکه تراکم دیتاسکتور در یک Track بیشتر باشد بدون نیاز به جابجا شدن هد ، اطلاعات بیشتری خوانده میشود .

همچنین Track density و Linear density بر روی positioning performance هم تاثیر میگذارد . بعبارت دقیقتر افزایش در Track density و Linear density باعث میشود که دیتاها بطوری فیزیکی نزدیک به هم ذخیره شوند و در نتیجه فاصله ای که هد برای پیدا کردن دیتایی خاص باید جستجو کند تا حدی کاهش میابد که البته در مقایسه با تاثیر Areal Density بر روی Data transfer rate نسبتاً کم هست .

تکنیک zoned bit recording با گروه بندی کردن ترکهایی که Linear density یکسانی دارند مانع ار این میشود که Areal Density در تمام سطح پلاتر خیلی متفاوت بشوند ولی با اینحال Areal Density در قسمتهای مختلف پلاتر متفاوت خواهد بود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Zone bit recording

هارد دیسکهای اولیه ساده بودند و در کل Trackـهای یک پلاتر تعداد یکسانی Sector وجود داشت . با توجه به این موضوع طول هر Sector در Trackـهای بیرونی بیشتر ار Trackـهای درونی بود در نتیجه چگالی اطلاعات در Trackـهای داخلی بیشتر بود . بعبارتی در Trackـهای بیرونی مقداري از فضاي ذخیره سازی اطلاعات به هدر میرفت .

یکی از راههای افزایش ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات و سرعت در هارد دیسکهای مدرن استفاده از روشی به نام zone bit recording هست . در این روش Trackـها بر اساس فاصله از مرکز دیسک به چند Zone گروه بندی میشوند . هر zone شامل چند Track هست . تعداد Sector در هر Track که در یک Zone قرار گرفته یکسان هست بعبارت دیگر همه Trackـهای داخل یک Zone با هم هم ظرفیت میباشند ولی در Zone های مختلف تعداد Sector متفاوت خواهد بود . با پیشرفت تکنولوژی تعداد Trackـهاییکه در هر Zone هست در حال کاهش است و تعداد Zone ها در حال افزایش . ایده آل ترین حالت این است که هر Zone شامل یک Track باشد در اینصورت حجم اضافه شده خیلی زیاد نخواهد بود ولی هزینه مهندسی بشدت افزایش پیدا خواهد کرد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در عکس بالا ؛ پلاتر بیست عدد Track دارد که به پنج Zone تقسیم بندی شده است . Zone آبی رنگ پنج Track دارد و هر Track شامل شانزده Sector هست . Zone فیروزه ای شامل پنج Track و هر Track شامل 14 سکتور هست . Zone سبزرنگ شامل چهار Track و هر Track شامل 12 سکتور هست . Zone زرد سه Track و 11 سکتور و Zone قرمز سه Track و 9 سکتور هست . همانطوریکه میبینید طول هر سکتور در تمام سطح دیسک تقریباً ثابت هست . در عکس فوق اگر تکنیک ZBR وجود نداشت در هر ترک فقط 9 سکتور وجود میداشت .

این zone بندیها و افزایش تعداد سکتورها در Trackـهای خارجی باعث افزایش سرعت Sequential data transfer rate در Trackـهای بیرونی میشود با وجودیکه angular velocity پلاتر ثابت هست . چون Outer Track حاوی دیتا سکتورهای بیشتری هست .

constant angular velocity = ثابت بودن سرعت spin پلاتر بدون در نظر گرفتن موقعیت Head و اینکه کدام Track در حال خواندن یا نوشتن هست .

از آنجایی که هارد دیسکها از Outer Track به Inner Track پر میشوند پس هارد دیسکهای نو در اولین استفاده معمولاً Data transfer rate بالایی خواهند داشت . بعضی اوقات کاربران به محض خرید یک هارد نو بنچمارک خوبی میگیرند ولی پس از چند ماه استفاده به خاطر سرعت پایین شگفت زده میشوند . در واقع هارد دیسک هیچ تغییری نکرده بلکه نامطلوب بودن تست آخر ممکن هست به این خاطر باشد که اطلاعات روی Inner Track خوانده یا نوشته میشود ضمن اینکه فرگمنت شدن دیتاها میتواند تشدید کننده این موضوع باشد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Servo Techniques and Operation

بطور خلاصه Servo sectorـها شامل positioning information (اطلاعات موقعیت یابی یا مکان یابی) هست که به هارد دیسک اجازه میدهند Head به Track مورد نظر و صحیح هدایت و دقیقاً روی آن باقی بماند . اهمیت Servo sectorـها برای موقعیت یابی Headـها مانند GPS receiverـهایی هست که برای موقعیت یابی از ماهواره استفاده میکنند.

---

Actuator در هارد ديسكهاي مدرن از سیستم voice coil براي جابجايي Headـها بر روي سطح پلاترها استفاده میکند . سیستم voice coil در واقع قسمتي از چيزي كه عموماً به آن servo system گفته ميشود هست . servo system نوعي از closed-loop feedback system هست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هر وسیله ای که از closed-loop feedback system استفاده میکند معمولاً مراحل زیر را انجام میدهد .

1. کاری را انجام میدهد .
2. نتیجه حاصل شده از آن کار بررسی و سنجیده و اندازه گیری میشود .
3. بررسي و سنجيدن اينكه تا چه حد از هدف مورد نظر فاصله دارد .
4. تنظيمات دوباره .
5. تكرار مجدد عملي كه قبلاً انجام شده با اصطلاحات اعمال شده .

طی نمودن این مراحل باعث ميشود وسيله مورد نظر بجاي تکیه بر احتمالات ، بطور هوشمندانه اي به هدف مورد نظر خود برسد . در مقابل ، به سیستمی که دستور و یا درخواستی میفرستد به امید اینکه آن چیز در جاییکه قرار هست باشد را پیدا کند ، open-loop system گفته ميشود . هارد دیسکهایی که از stepper motor برای جابجایی Actuator استفاده میکنند از چنین سیستمی استفاده میکنند .

دو مثال براي درک closed-loop feedback system :

1. يك سيستم گرمايي كه از يك دستگاه تنظيم گر دما استفاده ميكند . هنگامي كه دما بيش از حد مجاز كاهش پيدا كند منبع گرمايي روشن ميشود و آنقدر صبر ميكند تا به دماي هدف برسد .

2. خودرويي كه قرار هست وارد يك پيچ جاده شود . راننده خودرو فرمان را به جهت صحیح برميگرداند و بررسي ميكند كه آيا مقدار پيچاندن فرمان در حدي هست كه خودرو را بر روي جاده نگه دارد يا خير و اگر كافي نباشد راننده ميتواند با بيشتر يا كمتر پيچاندن فرمان مسير حركت خودرو را اصلاح كند . هنگامي كه ماشين از پيچ خارج ميشود فرمان به حالت عادي برميگرداند .

ابزارهاي اندازه گيري (measuring device) براي ايجاد بازخورد یا feedback يك عنصر كليدي در هر سيستم closed-loop feedback هست . در دو مثال بالا دستگاه تنظیم گر دما و چشم راننده در واقع یک نوع ابزار اندازه گیری هست . در هارد ديسك ، هدهای خواندن و نوشتن و كدهاي خاص نوشته شده بر روي پلاتر در واقع feedback device هست كه به هارد ديسك اجازه ميدهد هنگاميكه Actuator جابجا ميشود موقعيت Heads را بداند . اين كدها عموماً servo codes ناميده ميشود . پس از خوانده شدن اين كدها توسط Heads و ارسال بازخوردها به کنترلر ، Actuator به سوي Track صحيح و درست راهنمايي ميشود . servo codes متفاوت در هر ترك موجب میشود که Actuator هميشه مكاني كه ترك مورد نظر در آنجا هست را کشف و پيدا كند .

مكانيسم servo سيستم در هارد ديسكها ممكن هست كه به يكي از سه روش زير استفاده شود .

1. Wedge Servo : اين مكانيسم در هارد ديسكهاي قديمي استفاده میشد . در اين روش اطلاعات servo فقط در يك قسمت از هر پلاتر ذخيره ميشوند . مانند تكه اي بريده شده از يك شيريني و الباقي آنهم هم محتواي ديتا هست . اين تكنيك يك عيب اساسي دارد . اطلاعات servo فقط در يك ناحيه از هارد ديسك وجود دارد . اين معني ميدهد كه هارد ديسك براي موقعيت يابي و كشف مكان Heads مدت زماني بايد صبر كند تا اطلاعات servo آنقدر بچرخد تا به جايي كه Heads هستند برسد . positioning performance هارد ديسكهايي كه از اين روش استفاده ميكنند خيلي پايين هست و به همين خاطر چنين تكنيكي امروزه منسوخ شده است .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

2. Dedicated Servo : در اين تكنيك تمام سطح يك پلاتر فقط به اطلاعات servo اختصاص پيدا ميكند و بر روي ساير پلاترها اطلاعات servo ذخيره نميشود . يكي از Heads بطور مداوم اطلاعات servo را ميخواند . اين روش در مقايسه با Wedge Servo سرعت بيشتري خواهد داشت . متاسفانه در اين روش تمام سطح يك پلاتر هدر ميرود چون ديتايي بر روي آن ذخيره نميشود . همچنین این روش دارای مشکلاتی هستتند از جمله :

• پلاتری که اطلاعات servo در آنجا ذخیره شده ممكن هست در مقايسه با پلاترهاي ديتا بيشتر گرم (منبسط) و يا سرد (منقبض) شوند ، در نتیحه هارد ديسكهايي كه از اين روش استفاده ميكنند به خاطر نياز كاليبره كردن گرمايي به دفعات زياد بدنام هستند .
• در جایی که داده ها ذخيره میشوند و Headـهايي كه اين داده ها را ميخوانند هميشه ممكن نيست كه دقيقاً برابر و هماهنگ با Headـی كه اطلاعات servo را ميخواند باشد . پس بايد برای جبران عدم هماهنگي تنظيماتي انجام شود .

3. Embedded Servo : در جديدترين روش ، اطلاعات servo به همراه ديتا در تمام سطح همه پلاترهاي هارد ديسك پراكنده خواهد بود . اطلاعات servo و ديتا بطور مشترك توسط همان هد خوانده ميشود (منظور اين هست كه فقط يك هد براي خواندن اطلاعات servo اختصاصي نشده است - روش Dedicated Servo) . همچنين بر خلاف روش Wedge Servo زمانبر نخواهد بود . گرچه بر خلاف روش Dedicated Servo دسترسي دائم به اطلاعات servo فراهم نميكند ولي نيازي نيست كه تمام سطح پلاتر با چنين اطلاعاتي اشغال شود . همچنين تا زمانيكه اطلاعات servo و داده ها فاصله يكساني از مركز ديسك داشته باشند و بطور همزمان و يكسان منبسط و منقبض شوند نياز به كاليبره شدن گرمايي تا حد زيادي كاهش پيدا ميكند . تمام هارد ديسكهاي مدرن از اين روش استفاده ميكنند .

servo codes توسط دستگاه و تجهيزات خاص ، گرانقيمت و پیچیده ای بر روی پلاترهای خام (raw media) قبل از اینکه در داخل هارد دیسک نصب شوند طی فرایند low level format بطور بسيار دقيق نوشته ميشود . اين دستگاه Servo writer نام دارد . نياز به تجهيزات خاص يكي از دلايلي هست كه هارد ديسكها نميتوانند در خارج از كارخانه بطور واقعي low-level format بشوند . servo codes در طول استفاده هرگز تغيير نميكند و دوباره نوشته نميشود مگر اينكه به كارخانه سازنده مرجوع شود . Heads به خاطر محدودیت ایجاد شده توسط كنترلر هارد دیسک و در سطح سخت افزاري قادر به نوشتن بر روي ناحيه هايي كه دارای servo information هستند ، نیستند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

---

در بعضی از هارد دیسکهای قدیمی مثل IBM Deskstar 75GXP (که به Deathstar هم معروف هست) در یک طرف آن (عکسهای زیر) دارای سواخی هست که به Headـهای دستگاه Servo Writer اجازه میدهد از طریق آن سوراخ ، اطلاعات Servo را بر روی سطح پلاتر ذخیره کنند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

فناوری Heads

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

چندین خانواده مختلف از فناوری های بکارگرفته شده برای سخت Heads وجود دارد . با رشد و نمو فناوری هارد دیسک درایو ، طراحی هدهای Read/Write نیز دستخوش تحول گردیده است . اولین Heads هسته های آهنی ساده ای بودند که با سیم پیچهایی احاطه میشدند . با استانداردهای امروزی ، طراحی های اولیه Heads از نظر اندازه فیزیکی بسیار پرحجم و سنگین بنظر میرسد و چگالی ظیط آنها نیز بسیار پایین بوده است . در طول سالها ، طراحی Heads از اولین طراحی های ساده هسته Ferrite به گونه ها و فناوریهای مختلفی تکامل پیدا کرده اند که امروزه قابل دسترسی هستند . در این مطلب به بررسی انواع مختلف Heads که در هارد دیسک ها مورد استفاده قرار میگیرند ، خواهیم پرداخت . همچنین به کاربردها و نقاط قوت و ضعف هر یک اشاره خواهد شد .


چند نوع اصلی از Heads در هارد دیسکها مورد استفاده قرار گرفته اند :

1. Ferrite یا هیدروکسید آهن .
2. MIG مخفف Metal-In-Gap
3. TF مخفف Thin-Film
4. MR مخفف Magento resistive
5. GMR مخفف Giant megento resistive
6. TMR مخفف Tunneling magnetoresistive
7. PMR مخفف Perpendicular magnetic recording
8. CMR مخفف Colossal Magneto resistive
9. HAMR مخفف Heat assisted magnetic recording

اولین نسل از Heads هارد دیسکها از نوع Ferrite بودند که برای اولین بار در سال 1966 در مدل IBM 2314 بکار رفته است . این Heads دارای یک هسته اکسید آهن هستند که با سیم پیچ های الکترو مغناطیسی پوشانده شده است . هدهای Ferrite بزرگتر و سنگینتر از هدهای Thine-Film هستند و به همین دلیل به ارتفاع شناوری بیشتری نیاز دارند تا از تماس آنها با دیسک در هنگام چرخش آن ، جلوگیری شود .

عکس زیر نمای نزدیک از Ferrite Heads مربوط به هارد دیسک Seagate ST-251 هست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نسل دوم هدهای Metal-In-Gap یک نسخه ارتقاء یافته خاص از طراحی Ferrite هست . در هدهای Metal-In-Gap یک آلیاژ فلزی (مثلاً AlFeSil) در شکاف ضبط هد (head gap) قرار میگیرد . دو نسخه هدهای Metal-In-Gap ارائه شده اند : یکطرفه و دو طرفه . مغناطیس پذیری این آلیاژ مغناطیسی دو برابر Ferrite خام است و به Heads امکان میدهد تا بر روی رسانه های Thin-Film که برای چگالی بالاتر الزامی هستند بنویسد . به خاطر همین افزایش قابلیتها بواسطه بهبود در طراحی Heads ، هدهای Metal-In-Gap برای مدتی بعنوان رایجترین طرح Head به حساب میآمد و در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90 میلادی برای ساخت بسیاری از هارد دیسکها مورد استفاده قرار گرفت .

نسل سوم Heads از اصطلاح فیلم نازک (Thin-Film) استفاده میکنند که برای اولین بار در سال 1979 در مدل IBM 3370 بکار رفته است . شیوه تولید هدهای Thin-Film شباهت بسیار زیادی به تولید یک تراشه نیمه هادی از طریق فرآیند photo lithographic (فوتو لیتوگرافیک) دارد. این فرایند ، هزاران Head را بر روی یک ویفر مدور ایجاد کرده و محصولات بسیار کوچکی با کیفیت بالا را تولید میکند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هدهای TF دارای شکاف فوق العاده باریک و کنترل شده ای هستند که بخوبی محافظت شده و احتمال آسیب دیدگی بر اثر تماس با دیسک در حال چرخش را به حداقل میرساند . هسته ترکیبی از آلیاژ نیکل و آهن هست که قدرت مغناطیسی آن 2 تا 4 برابر بیشتر از یک هسته هد Ferrite میباشد .

عکس زیر نمای نزدیک از TF Heads مربوط به هارد دیسک SyQuest SQ3270S هست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هدهای TF یک پالس مغناطیسی دقیقاً تعریف شده را تولید میکنند که به آنها امکان میدهد در چگالی های فوق العاده بالا بنویسد . این هدهای کوچک و سبک وزن ، میتوانند در ارتفاع بسیار پایینتری نسبت به هدهای Ferrite و MIG شناور باشند . در بعضی از طرح ها ، ارتفاع پرواز Head به دو میکرو اینچ و یا کمتر میرسد . از آنجایی که ارتفاع پایینتر ، به Heads امکان میدهد تا سیگنال بسیار قویتری را از صفحات Platter برداشته و انتقال دهند نسبت سیگنال به نویز افزایش یافته و دقت نیز بهبود میابد . مزیت دیگر هدهای TF در این هست که اندازه کوچک آنه به صفحات Platter امکان میدهد تا در فاصله نزدیکتری نسبت به یکدیگر قرار گرفته و به این ترتیب ، تعداد آنه در یک فضای مشابه افزایش یابد .

هنگامی که هدهای TF برای اولین بار معرفی شده اند نسبیت به هدهای Ferrite و MIG نسبتاً گرانتر بودند . با این حال تکنیکهای تولید بهتر و نیاز به چگالی بالاتر ، بازار را به سمت هدهای TF کشاند . استفاده گسترده از این Heads در عین حال آنها را به یک رقیب جدی برای هدهای MIG تبدیل کرد .

یک پیشرفت تازه تر در ضبط مغناطیسی و یا بطور اختصاصی تر ، مرحله قرائت ضبط مغناطیسی (فقط خواندن اطلاعات نوشته شده) ، هدهای Magento resistive هستند که گاهی اوقات تحت عنوان هدهای Anisotropic Magento resistive نیز شناخته میشوند . هدهای MR میتوانند چگالی را در مقایسه با هدهای صرفاً القایی (عبور جریاان الکتریکی از سیم پیچها جهت ایجاد میدان مغناطیسی) قبلی را تا 4 برابر (یا بیشتر) افزایش دهند . IBM اولین درایو تجاری با هدهای MR را در سال 1991 با یک مدل 3.5 اینچی یک گیگابایتی معرفی کرد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در عکس بالا

سمت چپ Slider و ferrite-head در هارد 40 مگابایتی 5.25 اینچی .
سمت چپ Slider و MR-head در هارد 3.2 گیگابایتی 3.5 اینچی .

تمام هدها ، Detector نیز هستند . بعبارت دیگر ، طراحی شده اند تا تغییرات شار (flux) را در Magnetic Media (یک لایه بسیار نازک مگنتیکی بر روی پلاتر) تشخیص داده و آنها را به سیگنالهای الکتریکی که قابل ترجمه به داده ها هستند ، تبدیل نمایند . یکی از مشکلات ضبط مغناطیسی ، تقاضای روز افزون برای چگالی بیشتر و بیشتر ، یعنی گنجاندن اطلاعات (تغییرات شار) بیشتر در یک فضای کوچک و کوچکتر است . هر چه نواحی مغناطیسی بر روی دیسک کوچکتر میشوند ، سیگنال دریافت شده از Heads ها نیز در طول فرایند خواندن ضعیفتر میشود . بدین ترتیب ، متمایز نمودن سیگنال واقعی از نویز تصادفی نیز دشوار میگردد . استفاده از یک Read Head با کارایی بالاتر ، برای تشخیص این تغییرات بر روی Magnetic Media بوده ضروری است .

تاثیر مغناطیسی دیگری که امروزه بخوبی شناخته شده است و در هارد دیسکهای مدرن مورد استفاده قرار میگیرد ، بر اساس این واقعیت فیزیکی است که وقتی یک سیم از میان یک میدان مغناطیسی عبور میکند ، نه تنها جریان کوچکی در سیم تولید میکند ، بلکه مقاومت (resistance) سیم نیز تغییر میکند . Read Headـهای استاندارد ، از هد بعنوان یک ژنراتور کوچک استفاده میکنند ، با تکیه بر این واقعیت که Heads در هنگام عبور از روی تغییرات شار معناطیسی ، یک جریان ضربانی را تولید خواهند کرد یک نوع جدیدتر از طراحی هد که IBM پیشگام آن بوده است ، به این واقعیت تکیه دارد که مقاومت سیم های هد در این شرایط تغییر خواهد کرد .

به جای استفاده از Head برای تولید جریانهای کوچک که باید فیلـتر گذاری ، تقویت و کدگشائی شوند . در روش MR از هد بعنوان یک مقاومت الکتریکی استفاده میکند . یک مدار ، ولتاژی را از هد عبور میدهد و ناظر بر تغییرات ولتاژی است که هنگام تغییر مقاومت هد (به خاطر عبور آن از تغییرات شار بر روی Magnetic Media) روی میدهند . این مکانیزم برای استفاده از هد ، سیگنال بسیار قویتر و شفافتری را از آنچه که بر روی Magnetic Media ضبط شده است ، تولید نموده و امکان افزایش چگالی را نیز بوجود می آورد .

هدهای MR بر این واقعیت تکیه دارند که مقاومت یک رسانا ، هنگامیکه یک میدان مغناطیسی خارجی بر آن اعمال میشود ، اندکی تغییر میکند . یک جریان کوچک از هد عبور کرده و تغییرات مقاومت را اندازه گیری میکند . در این طرح یک خروجی را تامین میکند که سه برابر یا بیشتر قویتر از یک هد TF در طول فرایند Read است . در نتیجه هدهای MR هدهای قدرتمندی برای خواندن هستند که عملکرد آنها بیشتر به حسگر شباهت دارند تا ژنراتورها .

از آنجایی که قاعده MR تنها به خواندن داده ها است و برای نوشتن آنها مورد استفاد قرار نمیگیرد ، هدهای MR در واقع دو هد در داخل یک هد هستند . این مجموعه شامل یک هد TF القایی استاندارد برای نوشتن داده ها و یک هد MR برای خواندن آنها است . از آنجایی که دو هد مجزا در اخل یک مجموعه قرار گرفته اند ، هر هد میتواند برای وظیفه خود بهینه سازی شود . هدهای Ferrite و MIG و TF بعنوان هد های تک شکاف شناخته میشوند زیرا از یک شکاف واحد برای هر دو وظیفه Read و Write استفاده میشود . در حالیکه هدهای MR از یک شکاف جداگانه برای هر یک از این وظایف استفاده میکند (عکس زیر) .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در تلاش برای افزایش هر چه بیشتر چگالی ، IBM یک نوع جدید از هدهای MR را در سال 1997 معرفی کرد . این هدها GMR مخفف Giant megento resistive نامیده میشوند که از نظر فیزیکی کوچکتر از هدهای MR استاندارد هستند اما نام خود را از تاثیر GMR گرفته اند که بر اساس آن کار میکنند . طراحی ایندو هد شباهت بسیار زیادی باهم دارند . با اینحال لایه NiFe در یک طراحی MR متعارف با لایه های بیشتری جایگزین شده است . در هدهای MR یک غشاء NiFe واحد مقاومت را در واکنش به معکوش شدن شار بر روی لایه مگنتیکی تغییر میدهد ولی در هدهای GMR دو غشاء (که با یک لایه رسانای مسی بسیار باریک جدا شده اند) این وظیفه را انجام میدهد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

تاثیر GMR اولین بار در سال 1988 در نمونه های کریستالی که در معرض میدان مغناطیسی بسیار قدرتمند (1000 برابر میدانهای مورد استفاده در هارد دیسک) قرار گرفته بودند ، کشف شد . یک دانشمند آلمانی به نام Peter Gruenberg و یک دانشمند فرانسوی به نام Albert Fert کشف کردند که تغییرات بسیار بزرگی در مقاومت مواد متشکل از لایه های بسیار باریک متناوب (Alternating) از عناصر فلزی مختلف ، روی میدهد . ساختار کلیدی در موارد GMR ، یک لایه جدا کننده فلز غیر مغناطیسی در بین دو لایه از فلزان مغناطیسی است . یکی از این لایه ها pinned شده است ، بعبارت دیگر دارای یک امتداد مغناطیسی تحمیلی است (magnetic orientation is fixed) . لایه مغناطیسی دوم آزاد میباشد (variable (free) orientation) و بدان معنی است که امتداد یا تراز بندی خود را آزادانه تغییر دهد . موارد مغناطیسی تمایل دارند تا خودشان را در امتدادهای یکسانی همتراز نمایند . بنابراین اگر لایه جداکننده به اندازه کافی نازک باشد ، لایه آزاد همان امتداد لایه pinned را خواهد پذیرفت .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

چیزی که کشف شد این بود که همترازی مغناطیسی (magnetic orientation) لایه مغناطیسی آزاد ، متناوباً بین همترازی با امتداد مغناطیسی لایه pinned و همترازی در امتداد مغناطیسی معکوس آن ، تغییر میکند . هنگامیکه لایه ها در امتداد مغناطیسی مشابهی قرار میگیرند ، مقاومت نسبتاً پایین و هنگامیکه لایه ها در ترازبندی مغناطیسی معکوس قرار میگیرند مقاومت نسبتاً بالا است .

بعبارت دیگر تغییر ناگهانی در مقاومت الکتریکی ، هنگامی اتفاق می‎افتد که ماده‎ای شامل لایه‎های فلزی متناوب فرو مغناطیسی و پارامغناطیسی، در معرض یک میدان مغناطیسی بزرگ قرار بگیرد، اگر مغناطیدگی در لایه‎های مجاور موازی باشد، مقاومت بسیار کمتر خواهد شد و اگر ناموازی باشد مقاومت بسیار بالاتر خواهد رفت. این تغییر مقاومت به خاطر الکترون‎های اسپین بالا و پایین است که در لایه‎های منفرد پراکنده شده‎اند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]






[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

هنگامیکه یک میدان مغناطیسی ضعیف (مانند میدان مغماطیسی ایجاد شده توسط یک بیت بر روی Magnetic Media پلاترها) ، از زیر یک هد GMR عبور میکنند ، ترازبندی مغناطیسی لایه آزاد نسبت به لایه دیگر چرخیده و یک تغییر قابل ملاحظه در مقاومت الکتریکی را بخاطر تاثیر GMR بوجود میآورد . از آنجایکه طبیعت فیزیکی تغییر مقاومت ، به خاطر چرخش نسبی الکترونها در لایه های مختلف تعیین میشود ، هدهای GMR معمولاً تحت عنوان هدهای Spin Valve نیز شناحته میشوند .

از زمان ساخته شدن نخستين هارد ديسك توسط IBM ، در طراحي سنتي به گونه‌اي ساخته مي‌شوند كه Head ، اطلاعات را به صورت افقي (‪(Longitudinal‬ روي سطح Magnetic Media نوشته و مي‌خواند، اما در فناوري Perpendicular اطلاعات به صورت عمودي روي سطح هارد ديسك نوشته شده كه اين امر امكان جا دادن حجم بسيار زيادي اطلاعات در فضايي بسيار كمتر از سطح هارد ديسك را ممكن مي‌كند.

در عکس زیر Perpendicular (Vertical) Recording دیده میشود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در عکس زیر Longitudinal (Horizontal) Recording دیده میشود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

منابع


1. pcguide.com
2. wikipedia

2. مجله بزرگراه رایانه شماره 140 اردیبهشت سال 90

System Area Information

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نامهای دیگر System Area Information :

1. System Area
2. Maintenance Tracks
3. Negative Cylinders
4. Reserved Cylinders
5. Reserved Area
5. Calibration Area
6. Initialization Area
7. ...

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

System Area بخش كوچكي از فضاي موجود بر روي Platterـهاي هارد ديسك هست كه براي ذخيره سازي Moduleـهاي میکروکد و اطلاعات ديگري كه وظيفه مديريت عملكرد هارد ديسك را بعهده دارند . System Area را ميتوان به دو قسمت Group و Module تقسيم كرد . هر Group از چند Module میکروکد (كه همان دستورات اجرائي ميباشد و اگر بدرستي اجرا نشوند هارد ديسك را خراب نشان ميدهد) تشکیل شده است . هر Module شامل یک UBA هست . UBA مخفف Utility Block Addressing هست. هر Module از چند Sector block تشکیل میشوند . سایز Service area و سایز Service area module با توجه به تولید کننده هارد دیسک ، مدل ، حجم ، ورژن Firmware کاملاً متفاوت میباشد .

برای مثال ؛ UBA2 که ممکن هست شامل دو سکتور باشد میتواند شامل اطلاعاتی از قبیل Drive ID باشد . UBA1 میتواند شامل لیستی از Bad Block باشد که ممکن هست سه سکتور را اشغال کرده باشد . بدیهی هست که در هارد دیسکهای پرحجم تر به Bad Block Area بزرگتری نیاز هست در نتیجه ممکن هست از دو سکتور قبلی به سه سکتور و یا بیشتر گسترش پیدا کند اما به هر حال Firmware ، هر کدام از آنها بعنوان یک UBA1 در نظر میگیرد و در کدهای Firmware صرف نظر از تغییرات حجم هارد دیسک ، تغییری نمیکند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

مثال دیگر ؛ در هارد دیسک 250 گیگابایتی با مدل نامبر WD2500KS که ورژن Firmware آن 02AEC هست دارای دو کپی از Service area module بر روی سطح پلاترهای مربوط به Head1 و Head0 هست که حجم هر کدام حدود 6MB میباشد . Reserved Area در سطح هر پلاتر در حدود 23MB هست . این هارد دیسک سه پلاتر (شش سطح مربوط به هدهای 0 الی 5) دارد . طبق قاعده ذخیره شدن دیتا در هر Cylinder ، سطوح مربوط به سایر پلاترها که در همان Cylinder هست نیز Reserve میشود گرچه توسط هارد دیسک برای UBA و LBA (یا user's sector area) استفاده ای نمیشود ، در نتیچه سایز نهایی Reserved area در این هارد دیسک حدوداً 141 مگابایت خواهد بود .

WD2500KS	WD10EACS	Model number
250GB	1TB	Capacity
3Platter & 6Heads	4Platter & 8Heads	Platter & Head
approximately 6MB	approximately 26MB	Service area module size on platter surfaces mapped to heads 0 & 1
approximately 23MB	approximately 56MB	Service area size on platter surfaces mapped to heads 0 & 1
approximately 141MB	approximately 450MB	Reserved area size on all platter surfaces

UBA Area از طریق روش های عادی و با استفاده از Standard ATA Commands غیر قابل دسترس هستند . بیشتر دستورات برای دسترسی به UBA modules در دسترس همگان قرار نمیگیرد . ابزارهایی مثل pc3000 میتوانند با استفاده از VSCs (مخفف Vendor Specific Commands) برای ارتباط با این قسمت استفاده کنند . معمولاً تولید کنندگان هارد دیسک ابزارها و برنامه هایی را برای دستکاری کردن Service area modules و مدیریت کردن عملکرد هارد دیسک ارائه میکنند . این برنامه ها و ابزارها از VSCs برای تغییر دادن بعضی از پارامترهای مختلف استفاده میکنند بعنوان مثال برنامه wdidle3.exe که توسط کمپانی وسترن دیجیتال ارائه شده که برای تغییر دادن در Activity timer استفاده میشود . مثال دیگر برنامه [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] هست .

جدول زیر چند نمونه از Utility Block Addressing Module هست که هر کدام وظایفی را به عهده دارند .

Smart Data

System Logs

Serial Number

Model Numbers

P-List / G-List

Program Overlays – Firmware, Executable Code, or updates

Specific Tables like RRO – (re-calibrate repeatable run-out and head offsets)i

Zone Tables

Servo Parameters

Test Routines

Factory Defaults Tables

Re-calibration Code Routines

Translator Data Converts Logical and Physical Address to locations on the drive for defective sectors or the whole defective tracks Heads and Track Skewing Info

Security Data Passwords for drive – possible encrypted info

مثلاً در یکی از UBA Module ، اطلاعات مربوط به Model Numbers ذخیره میشود و در UBA Module دیگر اطلاعات مربوط Serial Number موجود میباشد . بعضی از هارد دیسکها قابلیت رمزگذاری دارند (نه آنهایی که یک چیپ جداگانه برای کد و دیکد کردن اطلاعات دارند) که Password در قسمت SA ذخیره میشود که میتوان با استفاده از نرم افزارهای خاص ، پسورد را حذف نمود .

وظیفه ماژول S.M.A.R.T (مخفف Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) عبارتند از مانیتورینگ ، تجزیه و تحلیل ، نظارت بر عملیات هارد دیسک و گزارش دهی از وضعیت آن به کاربر است تا پیش از بوجود آمدن مشکلی اساسی برای هارد دیسک کاربر را از آن مشکل مطلع شود و اقدامات احتیاطی را انجام دهد (در مورد P-List / G-List در اين [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] توضيحاتي داده شد). حتی با بررسی گزارشات S.M.A.R.T میتوان فهمید که هارد دیسک چند ساعت کار کرده ، چند بار خاموش و روشن شده ، تعداد بدسکتوریهای Remap شده و ...

Translator Dataكه وظيفه تبديل Physical Address به/از Logical Address مربوط به مكان و موقيت بدسكتوريها را بعهده دارد در صورت خرابي اين ماژول ممكن هست نرم افزارهاي رايج ، كل فضاي هارد ديسك را بدسكتور شناسايي كند در صورتيكه واقعاً و در عمل مدياي هارد ديسك مشكلي ندارد .

System Area or System info notes

1. معمولاً دو یا چند کپی از ماژولها بر روی پلاترهای یک هارد دیسک موجود میباشد تا اگر System Area و ماژولهای موجود در آن به هر علتی خراب شود ، با استفاده از نسخه دوم (که شاید در درونی ترین Track باشد و یا در بیرونیترین Track پلاتر دیگر) هارد دیسک مجدداً عملیاتی شود .
2. در اکثر موارد System Area در بیرونیترین لبه هر پلاتر ذخیره میشود .
3. SA استاندارد واحدی ندارد و در همه مدلها و برندها به هیچ وجه یکسان نیستند .
4. گاهی اوقات میتون از با استفاده از دستگاههای خاص System Area و ماژولهای موجود در آن را از هارد دیسکی بر روی هارد دیسک مشابه دیگر کپی کرد .
5. مقدار کوچکی از دیتای ذخیره شده در SA ، به احتمال زیاد ممکن هست در سایر اجزاها مثل PCB نیز ذخیره شوند .
6. یکی از مواردی که باعث خرابی SA میشوند میتواند ناشی از Shut down کردن غیر اصولی و یا قطعی ناگهانی برق و یا وجود مشکل از طرف پاور باشد . بعنوان مثال اگر هارد دیسک در حال reallocate کردن سکتوری به هر علت باشد (که لحظه حساسی هست) و اگر در این لحظه برق قطع شود و فرایند کار نیمه تمام باقی بماند ، باعث میشود که یک قسمت خاص از ماژولهای SA آسیب ببیند . یکی دیگر از عوامل خرابی این قسمت Head Crash و بدسكتوري هست .
7. آسيب ديدن ماژولهاي SA باعث ميشود كه درایو توسط سيستم شناسایی نشود یا با اسامی و ظرفیتهای غیر صحیح در بایوس دیده شود و يا دچار کندی بیش از حد و یا دچار Click Of Death (تیک تیک پیوسته) و ... شود .

دسترسی به SA توسط PC-3000 (عکس زیر) .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Platter

یک Platter مناسب باید :

• سخت باشد (more rigid) .
• سبک باشد (lightweight) .
• باثبات و پایدار و بدون تغییر باشد . خم نشود یا در اثر تغییرات دمایی منقیض و منبسط نشود (stable) .
• خاصیت مغناطیسی نداشته باشد (magnetically inert) .
• ارزان باشد (inexpensive) .
• فراوان و در دسترس باشد (readily available) .

از آنجایی که Platterـها با سرعت بالایی میچرخند و Headـها با فاصله بسیار اندک بروی آن شناور هستند در نتیجه سطح Platterـها باید بسیار صاف ، هموار ، یکنواخت و صیقل (smooth & flat) باشد . در هارد دیسکهای قدیمی میزان صافی و یکنواختی سطح Platterـها در مقایسه با هارد دیسکهای امروزی کمتر بود . در گذشته بطور سنتی پلاترها از آلیاژ آلومنیوم استفاده میشد که هم دارای سختی و قدرت کافی بود و هم وزن کمی داشت. از آنجایی که در هارد دیسکهای مدرن فاصله بین Head و Platter کاهش پیدا کرده و rpm بیشتر شده ، لازم هست که سطح پلاتر هر چه بیشتر صافتر و صیقلتر باشد . به همین دلیل تولید کنندگان به جای استفاده از آلیاژ های آلومنیوم از مواد دیگری مثل شیشه و یا کامپوزیتهای شیشه ای (Glass or Glass composites) استفاده میکنند . یکی از این مواد MemCor که ترکیبی از شیشه و سرامیک هست و در مقایسه با Glass مقاومت بیشتری در مقابل شکسته شدن دارد . این پلاترها سختی و دوام پیشتری در مقایسه با آلیاژ آلومنیوم فراهم میکنند . زیرا فلز قابل خم شدن هست ولی انعطاف پذیری شیشه کم هست و خم نمیشود و در نتیجه میتوانند در ضخامتی که نصف دیسکهای آلومنیومی هست تولید شوند . پلاترهای شیشه ای از نظر حرارتی بسیار پایدارتر از پلاترهای آلومنیومی هستند که به این معنا هست که در اثر تغییر درجه حرارت میزان انقباض و انبساط آنها کمتر هست .

تصویری از سطح Platter با استفاده از میکروسکوپ الکترونیکی . سمت چپ آلیاز آلومنیوم و سمت راست شیشه هست .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

تفاوت بین Aluminum platters و Glass platters :

1. Better Quality : مهمترین دلیل پلاترهای شیشه ای ، صافتر و صیقلتر بودن آن هست .
2. Improved Rigidity : در وزن یکسان ، پلاترهای شیشه ای سخت تر و مستحکمتر از آلیاز آلومنیوم هست . بعبارت دیگر فلز قابل خم شدن هست در صورتیکه انعطاف پذیری پلاتر شیشه ای پایین هست و قابل خم شدن نیست .
3. Thinner Platters : با توجه به اینکه پلاترهای شیشه ای مستحکمتر هستند پس میتوان آنها را نازکتر ساخت و در نتیجه در اندازه یکسان ، میتوان تعداد بیشتری پلاتر داشت . همچنین پلاترهای نازکتر وزن کمتری خواهند داشت که در نتیجه نیازی به موتور پرقدرت و پر مصرف نخواهد داشت و همچنین زمان لازم برای به حداکثر رسیدن rpm کمتر خواهد بود .
4. Thermal Stability : منقبض و منبسط شدن پلاترهای شیشه ای در هنگام تغییرات دمایی در مقایسه با پلاترهای آلومنیومی کمتر هست . در هارد دیسکهایی که ترکهای زیادی دارند حتی مقدار جزئی انبساط یا انقباض میتواند باعث شود که ترکها move around شود . گرچه مکانیسم servo در هارد دیسکها تاحدی انبساط و انقباضها را جبران میکند .

---

جدول زیر قطر Platterـها و Form factor به همراه چند نمونه از کاربردها را نشان میدهد .

Application	Platter Diameter (in)i	Typical Form Factor (in)i
Oldest PCs, used in servers through the mid-1990s and some retail drives in the mid-to-late 1990s; now obsolete	5.12	5.25
Standard platter size for the most common hard disk drives used in PCs	3.74	3.5
High-end 10,000 RPM drives	3	3.5
Laptop drives (2.5" form factor); 15,000 RPM drives (3.5" form factor)i	2.5	2.5, 3.5
PC Card (PCMCIA) drives for laptops	1.8	PC Card (PCMCIA)i
Originally used on hand-held PCs	1.3	PC Card (PCMCIA)i
Digital cameras, hand-held PCs and other consumer electronic devices	1	CompactFlash

در عكس پایین (روی عکس کلیک کنید تا فول سایز شود) شش هارد دیسک با Form Factorـهای 8 و 5.25 و 3.5 و 2.5 و 1.8 و 1 اینچی را مشاهده میکنید .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

مزایای کوچکتر بودن قطر Platter :

1. Enhanced Rigidity : هر چه قطر Platter كمتر باشد مقاومت آن در برابر شوك و لرزش (shock & vibration) بيشتر و در نتيجه مناسب براي هارد دیسکهايي كه rpm بالا دارند ميباشد .
2. Manufacturing Ease : صافي (flatness) و يكنواختي (uniformity) پلاترها نكته مهم در كيفيت پلاتر هست و عدم رعايت اين نكات باعث كيفيت پايين و برخورد هد با پلاتر و از بين روفتن داده ها ميشود . پلاتر با قطر كوچكتر سهولت بيشتري براي توليد دارند .
3. Mass Reduction : يكي از راههاي افزايش کارایی و سرعت هارد ديسك ، rpm بالاتر هست . پلاترهاي كوچك به موتور پرقدرت و پرمصرف نياز ندارند و از رسیدن از حالت توقف به حداكثر rpm زمان کمتری مورد نیاز هست .
4. Power Conservation : درايو هاي كوچكتر معمولاً انرژي كمتري مصرف ميكنند .
5. Noise and Heat Reduction : كاهش در صدا و گرما يكي ديگر از مزاياي Platterـهاي كوچكتر هست .
6. Improved Seek Performance : با كاهش سايز پلاتر ، فاصله اي كه head actuator بايد هد را بين تركها جابجا كند کمتر و در نتيجه seek time كاهش و در نتيجه random read/write سريعتر خواهد بود .

---

Magnetic Media

media layer یک لایه بسیار نازک مغناطیسی بر روی Platter هست که اطلاعات روی آن ذخیره میشود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در عکس بالا پلاتري كه رنگ قهوه اي روشن دارد ، مربوط به هارد ديسكهاي قديمي هست که از لایه اکسید آهن Oxide media layer استفاده شده است . oxide media براي استفاده ارزان هست اما داراي چند ضعف مهم هست . اول اينكه ماده نرمي هست و در مواقع head crash به آساني آسيب ميبيند . دومين دليل اين هست كه اين ماده مناسب براي هارد دیسکهایی با چگالي پايين Platter هست و از آنجايي كه توليدكنندگان به دنبال ذخيره بيشتر ديتا در همان فضای قبلی هستند در نتيجه اين ماده مناسب نخواهد بود .

در هارد ديسكهاي جدید به جاي استفاده از اكسيد آهن از يك فيلم بسيار نازك مغناطيسي (Thin film media) استفاده ميكنند (در مقايسه با oxide media كه ضخامت بيشتري دارد) . اين فيلم نازک نه تنها خاصيت مغناطيسي بهتر و برتري دارد بلكه در مقايسه با oxide media در يك فضاي يكسان ميتوان اطلاعات بيشتري بر روي آن ذخيره كرد . همچنين این فیلم مغناطیسی سختتر و پايداري بيشتري دارد و در مقابل آسيبها حساسيت كمتري دارد . روش و تكنيكهاي مختلفي براي قراردادن اين فيلم نازك مغناطيسي بر روي سطح پلاتر وجود دارد . يكي از اين روشها electroplating و یا sputtering هست . در روش sputtering فيلم نازك مغناطيسي يكنواختي بيشتر (more uniform) و سطح صاف و صيقلتري (flat surface) خواهند داشت گرچه هزینه تولید بیشتر هم دارد. بعد از اینکه لایه مغناطیسی بر روی پلاترها قرار گرفت معمولاً با یک یا چند لایه نازک محافظتی پوشانیده میشود . تمام این لایه ها برای محافظت از لایه مغناطیسی در برابر Head Crash هست . مثلاً در عکس زیر اولین لایه محافظتی که از کربن ساخته شده بر روی لایه مغناطیسی قرار گرفته و سپس یک لایه فوق العاده نازک Lubricant (ماده ای مشابه تفلون) هم بر روی آن اضافه میشود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

pcguide.com

Firmware on Rom Chip & S.A

هر زمان که هارد دیسک روشن (Power on) میشود ، اولین کاری که انجام میشود اجرای برنامه کوچکی هست که بر روی یکی از اجزاء موجود بر روی PCB مثل ROM chip و یا MCU قرار گرفته است . اگر این میکروکد تمام دستورات را بدون هیچگونه خطایی اجرا کند و اگر فرایند چک اجزاء داخلی مانند Chipـها و ElectroMechanical (برای اطمینان از اینکه آنها بدرستی کار میکنند) با موفقیت و بدون مشکلی انجام شود ؛ قسمت كوچكي از Firmware كه بر روي یکی از اجزاء PCB قرار گرفته ، با ارسال دستوراتی ، موتور را Spin Up و Head را از حالت Head Parking خارج میکند و سپس با بررسی Synchronizing Marks از سرعت صحیح و پایدار پلاتر مطمئن میشود و در نهایت قسمت بزرگتر Firmware که در S.A قرار گرفته خوانده شده و در حافظه هارد دیسک بارگذاری میشود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Firmware خوانده شده از روی پلاترهای هارد دیسک بايد با Firmware بارگذاری شده از روی PCB هماهنگ باشد . در غير اينصورت ممكن هست دچار مشكلاتي مانند شنیده شدن صدای clicking و متوقف شدن چرخش موتور و یا عدم پاسخگویی به دستورات (هنگ) شود . اکثر تنظیمات و پیکربندیهای مهم بر روی پلاترها و از روی قسمت Service Area خوانده میشود.

در گذشته بیشتر Firmware در Flash EPROM chip که بر روی PCB قرار گرفته جا میشدند و در نتیجه برای حل مشکلات مربوط به Firmware بطور ساده میتوان PCB را تعویض کرد . اما امروزه Firmware حجم زیادی دارند و در نتیجه نمیتوان همه آنها را در PCB جا داد . پس در PCB فقط حاوی یک Boot Loader خیلی ساده ای هست که موتور هارد دیسک را Start و Headـها را از حالت پارک خارج میکند و سپس الباقی Firmware را از روی پلاتر میخواند و بارگذاری (Load) میکند . این بدین معنی هست که تعویض PCB راه حل مشکل نخواهد بود و در اکثر هارد دیسکهای مدرن اینکار جواب نمیدهد.

نشانه های خرابی Firmware :

• Drive Does Not Boot , Mount or Recognize : هارد دیسک توسط سیستم شناسایی نمیشود و در بیشتر موارد همراه یا صدای Click Click هست .
• Inaccurate Drive Model Number in BIOS : نام و مدل هارد دیسک در بایوس نادرست هست و با نامهای نامتعارف شناسایی میشود .
• Visibly Damaged or Burnt Circuit Board : علائم سوختگی قابل رویت در اجزائی که حاوی Firmware هست مانند Rom Chip و یا MCU .
• Inaccurate Drive Capacity Listing : ظرفیت شناسایی شده هارد دیسک در سیستم نادرست است .
• I/O device errors : هارد دیسک مورد نظر توسط سیستم شناسایی میشود اما در هنگام خواندن اطلاعات و یا بوت شدن سیستم عامل ، هر زمانی که سعی می کند به بخش های LBA دسترسی داشته باشد I/O device errors خواهد داد .

  محتوای مخفی: در جدول زير نامهاي صحيح و نادرست براي انواع مدلهاي هارد ديسك Maxtor ديده ميشود :  

Hard Drive Family	False name in BIOS - drive repair needed	True Drive Name in BIOS - as on lable
Maxtor DiamondMax Plus 8	Maxtor N40P	6E020L0 - 6E030L0 - 6E040L0
Maxtor 531DX	Maxtor Nike	2R010H1 - 2R015H1 - 2R020H1
Maxtor 541DX	Maxtor Athena	2B010H1 - 2B015H1 - 2B020H1
Maxtor Fireball 3	Maxtor Ares	2F020L0 - 2F030J0 - 2F030L0 - 2F040L0
Maxtor DiamondMax Plus 9	Maxtor Calypso	6Y060L0 - 6Y080L0 - 6Y080P0 - 6Y120L0 - 6Y160L0 - 6Y160P0 - 6Y200P0 - 6Y250P0
DiamondMax D540X-4D	Maxtor Romulus	4D040H2 - 4D060H3 - 4D080H4
DiamondMax VL40	Maxtor Proxima	31024H1 - 31535H2 - 32049H2 - 33073H3 - 34098H4
Maxtor DiamondMax 16	Maxtor Falcon	5A250J0 - 5A300J0 - 4A160J0 - 4A250J0 - 4R060J0 - 4R060L0 4R080J0 - 4R080L0 - 4R120L0 - 4R160L0
DiamondMax Plus 536DX	Maxtor Vulcan	4W030H2 - 4W040H3 - 4W060H4 - 4W080H6 - 4W100H6
DiamondMax Plus 60 Ultra ATA 100	Maxtor Rigel	5T010H1 - 5T020H2 - 5T030H3 - 5T040H4 - 5T060H6

علتهای خرابی Firmware :

1. خرابی Rom chip میتواند ناشی از ESD و یا خرابی پاور باشد که میتواند آسیبهای گسترده ای ایجاد کند .
2. Firmware موجود در قسمت S.A هارد دیسک میتوانند میتواند به خاطر Head Crash و بدسکتوری سخت افزاری آسیب ببیند .

نکته مهم در مورد تعویض PCB :

اگر از هر متخصصي درباره تعويض PCB سوالي بپرسيد ، اکثر جوابها يكسان خواهد بود . تحت هيچ شرايطي PCB ها را جابجا و تعويض نكنيد . در طول فرایند تولید ، اطلاعات مهمی در Firmware (هم در چیپهای موجود بر روی PCB و هم در S.A) ذخیره میشوند . مثلاً لیست بدسکتوریهای موجود و آدرس آنها ، مشخصات هارد دیسک (Drive information) و... در نتیجه Firmware هر هارد دیسک اختصاصی و کالیبره شده برای آن خواهد بود که کاملاً یکتا و بی همتا هست و استفاده از Firmware یک هارد دیسک دیگر (حتی از همان مدل و یکسان بودن part numbers) مشکل را برطرف نمیکند و چه بسا ممکن هست باعث بدتر شدن وضعیت آن شود.

بعنوان مثال :

اگر دو هارد دیسک یکسان که نو هستند بخرید و تصمیم به جابجایی PCB با یکدیگر بگیرید ، شانس اینکه هارد دیسک ها بطور صحیح کار کنند بالای 90 درصد هست . اما اگر بعد از شش ماه استفاده عادی اینکار را انجام دهید شانس اینکه پس از تعویض PCB هارد دیسک ها کار کنند کمتر از 5% خواهد بود.

دلیل : در طول استفاده سکتورها به هر علتی relocated میشوند و اطلاعات مربوط به سکتورهای relocated و هر رویدادهای دیگر میتوانند Firmware را تغییر بدهند که باعث میشود آن Firmware اختصاصاً برای آن هارد دیسک باشد . پس باید بطور فیزیکی چیپی که حاوی این Firmware هست را با استفاده از تجهیزات خاص (مثل Hot Air Gun) جدا و سپس به PCB سالم و یکسان لحیم شود . بعبارت دیگر میتوانید PCB از لحاظ مدل ، سری (family) و حتی کشور سازنده را مطابقت دهید اما به هر حال Firmware باید جابجا بشود (با استفاده از برداشتن آن چیپ) و یا Firmware با استفاده از ابزارهای خاص خوانده و سپس روی PCB جدید نوشته شود .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

همانطوریکه گفته شد در بعضي موارد ROM Chip بطور جداگانه روي برد قرار گرفته و در نتيجه میتوان آنرا بطور فيزيكي بين بردها جابجا كرد . گاهي اوقات Firmware بر روي MCU (کنترلر اصلی هر هارد دیسک) قرار گرفته و بدون وجود دستگاه خاص مثل professional BGA Rework Station ، جابجايي اين چيپها غير ممكن هست . يا اينكه ميتوان پس از تعويض برد ، چيپ PCB سالم را مجدداً بر اساس Firmware چيپ PCB خراب reprogrammed كرد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

جدا کردن Rom Chip توسط Hot Air Gun

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Host Protected Area

HPA : یک فضای خاص برای ذخیره سازی اطلاعات در هارد دیسک هست که طور عادی برای سیستم عامل غیرقابل دسترس هست و دیده نمیشود . تغییر در حجم HPA (و هر گونه تغییرات دیگر) فقط با استفاده از ATA command قابل انجام میباشد . HPA که برای اولین بار در استاندارد ATA / ATAPI-4 معرفی و ارائه شده ، برای این هدف ایجاد شد که اطلاعاتی که در این مکان ذخیره میشود توسط کاربر تغییر داده نشود و یا از بین نرود .

بعضی از کاربردهای HPA :

• تولید کنندگان لپتاپ ممکن است از این قسمت برای ذخیره کردن هر نرم افزاری و یا یک نسخه سیستم عامل از پیش نصب شده برای ریکاوری (به جای ارائه DVD یا CD) استفاده کنند. مثلاً در بعضی لپتاپهای Dell برنامه Dell Media Direct utility در قسمت HPA مخفی شده است
• برای امنیت هرچه بیشتر و جلوگیری از سرقت و یا برای نظارت بر فروشندگان میتوان از نرم افزارهائی که در قسمت HPA نصب میشوند و هنگامی که در شبکه بوت و به سرور مربوطه گزارش میدهند استفاده کرد .حتی اگر سارق هارد دیسک را بطور کامل فرمت کند بازهم قسمت HPA دست نخورده باقی میماند .
• از HPA میتوان برای ذخیره کردن اطلاعات غیر قانونی و برای جلوگیری از کشف شدن توسط قانونگذاران استفاده کرد .
• بعضی از root-kits ها ممکن هست در قسمت HPA مخفی شوند تا توسط آنتی ویروس شناسایی نشوند.
• HPA میتواند توسط Firmware هارد دیسک برای برطرف کردن مشکل هارد دیسکهای پرحجم با بعضی از BIOSـهای قدیمی استفاده شود. HPA با استفاده از جامپرهای موجود به منظور محدود کردن تعداد Cylinder طوری تنظیم میشود که مشکل BIOSـهای قدیمی با هارد دیسکهای پرجچم برطرف میشد.

بطور کلی برای HPA سه دستور وجود دارد :

1. IDENTIFY DEVICE :
2. SET MAX ADDRESS :
3. READ NATIVE MAX ADDRESS :

برای مثال اگر هارد دیسک 20GB داشته باشیم ، با دستور READ NATIVE MAX ADDRESS ، کنترلر هارد دیسک کل تعداد سکتورهای این هارد دیسک را گزارش میدهد (چه HPA وجود داشته باشد و چه نداشته باشد) . اگر سایز هر سکتور را 512 بایت در نظر بگیریم تعداد سکتور گزارش شده 41,943,040 خواهد بود . برای ایجاد یک HPA به حجم 1GB دستور SET MAX ADDRESS با تعداد 39,845,888 سکتور را اجرا میکنیم . هر تلاشی برای خواندن و یا نوشتن بر روی 2,097,152 سکتور باقیمانده که با این دستور جدا شده اند (1GB انتهایی در عکس زیر) یک ارور ایجاد خواهد شد .
با دستور IDENTIFY DEVICE پس از ایجاد HPA ، کنترلر هارد دیسک حداکثر 19GB و یا تعداد 39,845,888 را گزارش خواهد کرد . برای حذف HPA میتوان از دستور SET MAX ADDRESS با کل تعداد سکتورهای موجود در این هارد دیسک یعنی 41,943,040 استفاده کرد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

با استفاده از برنامه HDAT2 (عکس زیر) میتوان HPA را ایجاد و حجم آنرا را تعیین کرد. برای ساخت HPA همراه با اطلاعاتی که قرار هست در آن موجود باشد ، ابتدا باید اطلاعات مورد نظر را در آخرین قسمت LBA هارد دیسک ذخیره و سپس با استفاده از دستور SET MAX ADDRESS این اطلاعات را در HPA محافظت کرد.
درصورتیکه گزینه volatility mode فعال شده باشد تغییرات انجام شده بطور دائمی اعمال شده و خاموش و روشن کردن و یا ریسیت سخت افزاری تغییرات را به حالت قبل برنمیگرداند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

volatility mode غیر فعال هست و تغییرات ایجاد شده در اولین ریسیت سخت افزاری خنثی خواهد شد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

همانطوریکه دیده میشود دستور SET MAX ADDRESS میتواند دارای آپشنهایی باشد .

• Set Password : ایجاد رمز عبور و محافظت از دستورات SET MAX تا زمانی که خاموش و مجدداً روشن شود و فقط زمانی میتوان اینکار را انجام داد که هارد دیسک مورد نظر در حالت Unlock باشد .
• Lock : برای غیر فعال کردن دستورات SET MAX (بجزء دستورات Unlock و Freeze) تا زمانی که خاموش و مجدداً روشن شود یا اینکه آنرا با استفاده از Set Max Unlocked از حالت Lock خارج کرد .
• Unlock : با وارد کردن رمز عبور صحیح ، دیوایس از حالت Set Max Locked خارج شده و کلیه دستورات SET MAX پذیرفته میشود.
• Freeze : برای غیر فعال کردن دستورات SET MAX حتی شامل Set Max Unlocked تا زمانی که خاموش و مجدداً روشن شود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

  محتوای مخفی: Extra Image 

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نرم افزار و Firmwareـهاییکه قادر به استفاده از HPA هستند بعنوان HPA aware شناخته میشوند .
همانطوریکه در عکس زیر دیده میشود ، هارد دیسک لپتاپی ST9500325AS از HPA پشتیبانی میکند .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Device Configuration Overlay

علاوه بر اطلاعاتی که در قسمت HPA هارد دیسک مخفی میشوند ؛ اطلاعات همچنین میتوانند در قسمت DCO هم مخفی بشوند . DCO برای اولین بار در استاندارد ATA / ATAPI-6 معرفی و ارائه شده است . یکی از کاربردهای DCO این هست که به OEMـها اجازه میدهد هارد دیسکها را که بطور بالقوه ای ممکن هست حجم متفاوتی داشته باشند از تولید کنندگان متفاوت بخرند و با استفاده قابلیتهای DCO همه هارد دیسکها را طوری تنظیم کنند که تعداد یکسانی سکتور داشته باشند .

با فرض اینکه هارد دیسک موررد نظر HPA نداشته باشد ، کنترلر هارد دیسک با دستور IDENTIFY DEVICE کل سکتورهای در دسترس به استثنای فضای DCO را گزارش خواهد کرد . با دستور DEVICE CONFIGURATION IDENTIFY ، کنترلر هارد دیسک خصوصیات واقعی و حجم نهایی هارد دیسک را اعلام میکند . بنابراین میتوان با مقایسه خروجی دستور DEVICE CONFIGURATION IDENTIFY و IDENTIFY DEVICE وجود DCO و حجم آنرا در هارد دیسک را تشخیص داد.

اما اگر هارد دیسک دارای قسمت HPA باشد با مقایسه خروجی دستورهای DEVICE CONFIGURATION IDENTIFY و READ NATIVE MAX ADDRESS میتوان وجود DCO و حجم آنرا در هارد دیسک را تشخیص داد .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

برای ایجاد و یا تغییر در DCO میتوان از دستور DEVICE CONFIGURATION SET استفاده کرد . برای حذف DCO میتوان از دستور DEVICE CONFIGURATION RESET استفاده کرد .

با توجه به پتانسیل قراردادن اطلاعات در این مناطق پنهان ، مسئله نگران کننده این هست که آیا امکان Image گرفتن از هارد دیسکی که دارای HPA و DCO هست وجود دارد یا خیر. بعضی از سازندگان معتقدند که نرم افزارها و ابزارهایشان میتوانند بدرستی وجود HPA را شناسایی و از آن Image بگیرند ولی در مورد DCO سکوت اختیار میکنند و یا اینکه اعلام میکنند ابزارهایشان قادر به Image گیری از آن نخواهد بود .