Analisi parti e i sottosistemi del disco fisso

Un sistema drive disco fisso è composto dalle seguenti parti:
- Il disco fisso, con una o più schede (PCB) collegate
- Un meccanismo di controllo o nel disco o integrato nel PC
- Un adattatore del Bus per interfacciare il controller al PC
- Cavi e connettori per tenere tutto insieme

Il Disco Fisso

In una parte sigillata (Head Disk Assembly o HDA) ci sono uno o più piatti rigidi che sono "fissi", o "non-rimovibili". Questi sono ricoperti da un materiale sensibile ai cambiamenti magnetici, e i dati possono essere scritti/letti dalla superficie attraverso testine di lettura/scrittura elettromagnetiche. Una volta acceso il disco i piatti ruotano continuamente (eccetto che per particolari modalità di "sleep"), e le testine si muovono avanti e indietro sulla superficie per accedere alle differenti posizioni. Questa è un'unità sigillata che non dovrebbe essere aperta, eccetto che da personale qualificato in un ambiente controllato e totalmente privo di polvere.

La scheda con i circuiti stampati, attaccata esternamente rispetto all'HDA, fornisce l'elettronica necessaria al controllo fisico dei motori presenti all'interno della parte sigillata. Molte schede hanno qualche jumper, dip, switch, o resistori, usati per esigenze di configurazione.

Funzionalmente queste schede sono separate dal controller del disco fisso, ma molti dei nuovi drive (sia IDE che SCSI), includono il chip del controller direttamente su queste schede (al posto di averle sull'adattatore del bus).

ALL'INTERNO DEL DISCO FISSO:
1. Piatti del disco, separati da un distanziatore e tenuti insieme da una morsa
2. L'asta di rotazione su cui sono montati i piatti
3. Il motore di rotazione per fare girare i piatti
4. Testine di lettura/scrittura elettromagnetica (una per superficie)
5. Braccia di accesso alle quali sono sospese le testine
6. Motore per muovere le braccia (con le testine)
7. Circuito di preamplificazione per massimizzare il segnale di lettura/scrittura
8. Filtro dell'aria, ed apertura per la pressione

I piatti
Molti piatti per dischi rigidi sono fatti di una lega di alluminio, anche se si possono trovare piatti in ceramica o di vetro. Il diametro è normalmente di 16 cm., 22,5 cm, o 33,9 cm con un buco al centro per essere posizionati nell'asta di rotazione. Lo spessore può variare da 0,2 cm a 0,8 cm.

Durante la lavorazione i piatti sono ricoperti con un materiale magnetizzabile. Sui piatti più vecchi si usava un composto di ferrite, applicato spruzzando una soluzione sulla superficie e facendo ruotare il disco ad alta velocità per distribuire il materiale, grazie all'effetto della forza centrifuga. Questo processo lascia una strato di ferrite color ruggine sulla superficie del disco che viene indurito, lucidato e ricoperto di un lubrificante.

Nei drive più nuovi lo strato magnetico viene applicato rivestendo il piatto con una sottile pellicola di metallo attraverso un processo di galvanizzazione. Questa superficie ha un aspetto lucente, quasi cromato.

Rotazione e motore di rotazione
Molti drive hanno diversi piatti separati da spaziatori, ed assicurati ad un'asta di rotazione che li fa girare all'unisono. Un motorino di rotazione viene montato direttamente sotto l'asta, o all'esterno della parte sigillata (qualche volta è visibile dall'esterno). L'asta di rotazione, e di conseguenza anche i piatti, vengono fatti girare ad una velocità costante, di solito 3600 RPM (giri al minuto), ma i nuovi modelli sono arrivati anche a 4800, 5400, 7200, o 10800.

Il motore di rotazione controlla la velocità grazie ad un sistema di rilevamento che tiene la velocità costante. I segnali di controllo per la velocità di rotazione vengono forniti dalla rilevazione di segnali impressi sulla superficie del disco al momento della costruzione del drive, o, nei drive più vecchi da sensori fisici.

Testine di lettura/scrittura
Dal momento che ogni lato del piatto è ricoperto di una pellicola magnetica per sfruttare entrambi le superfici, c'è normalmente un testina di scrittura/lettura, su ogni superficie del piatto. Ad esempio un drive con 4 piatti ha 8 lati e 8 testine. Qualche drive utilizza un lato come superficie riservata ai segnali di controllo, lasciando un numero dispari di testine da utilizzare per i dati.

Ogni testina viene montata all'estremità di un braccio di accesso, e queste braccia (una per superficie), vengono mosse all'unisono, e sono sotto il controllo di un unico attuatore meccanico. Quando una testina è sulla traccia 143, ad esempio, tutte le testine su tutte le altre superfici devono trovarsi sulla stessa posizione.

Generalmente solo una di queste testine è attiva in un dato istante. Ci sono alcuni drive che sono in grado di leggere o scrivere da due o più testine contemporaneamente, ma questo rappresenta un importante cambio del progetto, e questa tecnologia non è ancora ampiamente diffusa.

La rotazione dei dischi crea un cuscinetto d'aria sul quale galleggiano le testine. In base al modello questo cuscinetto d'aria ha uno spessore di 2-15 micron. Per contrasto: una particella di fumo, o un'impronta digitale è di circa 30 micron!

Le testine non dovrebbero venire in contatto con la superficie durante la rotazione. Solamente quando il disco viene spento le testine dovrebbero poggiare sulla superficie, ma dovrebbe essere un'area particolare riservata a questo scopo. Molti drive costruiti negli ultimi anni 80, impiegano un sistema automatico che parcheggia le testine in quest'aerea e le blocca fino alla successiva accensione del disco.

Attuatori delle testine
L'attuatore delle testine è il meccanismo utilizzato per muovere il braccio delle testine (e quindi le testine stesse) avanti ed indietro sulla superficie del disco. Ancora una volta i primi drive utilizzavano un metodo differente.

All'inizio, la posizione delle testine era controllata da un motorino che ruotava in entrambi le direzioni di piccoli passi in base a degli impulsi, e faceva spostare avanti ed indietro le testine sul disco avvolgendo e disavvolgendo un nastro attaccato al braccio delle testine. Ogni impulso muove il braccio sulla superficie di un passo predefinito. Ogni passo rappresenta la posizione di ogni traccia, e i dati di quella traccia si trovano sotto la testina. Questo modello, sebbene ancora usato per i floppy, non è utilizzabile per i dischi moderni a causa della loro densità elevata, e del fatto che è incline a problemi di allineamento causati dalla frizione, dal consumo, e dalla deformazione della testina, e a causa dell'assenza di feedback per correggere eventuali errori di posizionamento.

Un metodo più utilizzato controlla il movimento attraverso una bobina che si avvicina o allontana ad un magnete permanete in base alla corrente fornita. Le braccia sono attaccate a questa bobina e si muovono con essa sulla superficie del disco. Questo è un metodo molto preciso, ma anche molto sensibile. Ogni variazione di corrente può provocare il cambiamento di posizione della testina e non ci sono posizioni predefinite.

La vera posizione della testina è determinata da informazioni di servizio. Si passa a tracce differenti del disco leggendo queste informazioni di controllo e spostando la testina in base ad esse.

Elettronica Interna
All'interno di un HDA sono presenti sorprendentemente pochi circuiti. Ci sono cavi elettrici e di controllo per i motori di rotazione e per l'attuatore delle testine. Le testine hanno un cavo flessibile con un chip di preamplificazione spesso integrato. Questo chip riceve i segnali dalle testine (più vicine possibile alla sorgente), e pulisce ed amplifica questo segnale prima di passarlo alle altre componenti del disco.

Filtraggio dell'aria e ventilazione
Un leggero consumo delle componenti interne ed un occasionale contatto tra la testina e la superficie del disco, potrebbero causare una dispersione di piccole particelle all'interno dell'HDA. Un filtro d'aria permanente è montato all'interno del flusso d'aria, per rimuovere queste particelle prima che possano causare danni ai delicati meccanismi del disco.

Molti drive hanno anche una piccola ventola per permettere un piccolo ricambio d'aria tra l'esterno e l'interno del disco. Si tiene conto anche del pareggio della pressione del drive, così è possibile utilizzarlo in qualsiasi ambiente senza il rischio che imploda o esploda.